一种空间未知运动目标的信息获取方法及系统技术方案

本申请适用于航天技术领域，提供了一种空间未知运动目标的信息获取方法，包括：采集目标的图像数据，并对图像数据进行初始化处理，获取目标区域的点云数据；根据所述点云数据提取特征点，建立当前帧的特征点与全局地图点的描述子的数据关联；根据所述数据关联结果获取匹配对；根据所述匹配对确定目标的运动参数；添加关键帧建立位姿图，并基于所述位姿图对所述目标的运动参数进行优化，通过建立全局地图点进行数据关联后选取匹配对来确定和局部优化目标的运动信息，并基于位姿图的建立对得到的运动信息进行全局优化，能够消除累计误差，提高测量估计结果的精度，同时保证测量与估计的实时性，保证空间未知运动目标的三维几何和运动参数的一致性。

Information acquisition method and system of unknown moving target in space

【技术实现步骤摘要】
一种空间未知运动目标的信息获取方法及系统
本申请属于航天
，尤其涉及一种空间未知运动目标的信息获取方法及系统。
技术介绍
随着故障卫星和空间碎片等太空垃圾的日益增加，会影响正常卫星的运行，因此清理太空垃圾成为当下航天领域的重点任务。为了清理太空垃圾，就需要捕获太空垃圾，然而绝大多数的太空垃圾属于空间未知运动目标，由于空间未知运动目标不能给服务卫星提供有效的合作信息，因此目标的三维几何与运动参数信息完全或部分未知，这给未知运动目标的捕获任务带来了极大的挑战。对空间未知运动目标的观测并获取相关信息是完成捕获任务的前提，在对未知运动目标进行执行捕获任务时，首先需要获取目标的位置姿态、速度、加速度等运动参数信息；在与目标接触或定位抓取点时，则需要获取目标的三维几何信息，因此对空间未知运动目标的三维几何和运动参数进行测量和估计具有重要的意义。传统的对空间未知运动目标的测量与估计是采用传统滤波器方法来实现的，由于传统滤波器方法基于隐马尔可夫假设，在系统参数和传感器测量等存在不确定性的情况下，会存在误差累积的问题，且无法对测量与估计的结果进行全局优化；而且传统滤波器方法还需要储存估计状态量的均值和方差信息，致使程序存储量随估计状态量呈平方增长的问题，因此难以保证长时间测量与估计下未知运动目标的三维几何与运动参数的一致性和精度。综上所述，目前对空间未知运动目标的三维几何和运动参数的测量和估计方法存在无法保证测量的精度和一致性的问题。
技术实现思路
本申请实施例提供了一种空间未知运动目标的信息获取方法及系统，可以解决对空间未知运动目标的三维几何和运动参数的测量和估计方法存在无法保证测量的精度和一致性的问题。第一方面，本申请实施例提供了一种空间未知运动目标的信息获取方法，包括：采集目标的图像数据，并对所述图像数据进行初始化处理，获取目标区域的点云数据；根据所述点云数据提取特征点，建立当前帧的特征点与全局地图点的数据关联；根据所述数据关联结果获取匹配对；根据所述匹配对确定目标的运动参数；添加关键帧建立位姿图，并基于所述位姿图对所述目标的运动参数进行优化。示例性的，上述空间未知运动目标的信息包括空间未知运动目标的三维几何信息和运动参数信息。在第一方面的一种可能的实现方式中，所述采集目标的图像数据，并对所述图像数据进行初始化处理，获取目标区域的点云数据，包括：根据所述目标的图像数据选取目标区域的点云图像；基于颜色空间模型对所述点云图像进行图像分割；基于统计滤波对进行图像分割后的点云图像进行噪声滤波，得到所述目标区域的点云数据。在第一方面的一种可能的实现方式中，所述全局地图点包括第一描述子和第二描述子；所述第一描述子用于描述第一帧的特征点的位置信息，所述第二描述子用于描述最新更新帧的特征点的位置信息；所述根据所述点云数据提取特征点，建立当前帧的特征点与全局地图点的数据关联，包括：基于特征提取算法提取所述点云数据中的特征点；根据所述特征点的位置信息建立全局地图点；将当前帧的特征点的描述子与全局地图点的描述子进行匹配。在第一方面的一种可能的实现方式中，所述根据所述特征点的位置信息建立全局地图点，包括：获取第一帧的特征点的位置信息的三维坐标，建立参考坐标系；获取后续帧的特征点的位置信息，并基于位置变换将所述后续帧的特征点转换到所述参考坐标系中，建立全局地图点。在第一方面的一种可能的实现方式中，所述根据所述数据关联结果获取匹配对，包括：计算所述当前帧的特征点与全局地图点的特征点的最小距离；判断所述当前帧的特征点与所述全局地图点的特征点的最小距离是否小于预设距离阈值；若所述当前帧的特征点与所述全局地图点的特征点的最小距离小于预设距离阈值，则基于随机一次性采样模型计算匹配单应矩阵；判断所述单应矩阵的重投影误差模型的误差是否在误差范围内；若所述单应矩阵的重投影误差模型的误差在误差范围内；则将所述当前帧的特征点与所述全局地图点选取为匹配对。在第一方面的一种可能的实现方式中，所述目标的运动参数包括旋转运动参数和平移运动参数；所述根据所述匹配对确定目标的运动参数，包括：基于选取的匹配对采用随机抽样一致性算法确定所述目标的旋转信息；根据所述目标的旋转信息确定旋转主轴并建立旋转坐标系；通过光束法平差对所述旋转坐标系进行非线性优化，并基于自适应卡尔曼滤波器得到所述目标的旋转速度信息；通过最小二乘匹配算法建立重投影误差模型，并根据所述重投影误差模型估计所述目标的平移信息；基于均值滤波和自适应卡尔曼滤波算法对所述目标的平移信息进行优化。在第一方面的一种可能的实现方式中，所述添加关键帧建立位姿图，并基于所述位姿图对所述目标的运动参数进行优化，包括：根据目标的运动状态确定关键帧；基于第一帧的图像数据建立位姿图的初始点；将确定的关键帧添加到所述位姿图中；基于回环检测算法对所述位姿图进行优化。第二方面，本申请实施例提供了一种空间未知运行目标的信息获取系统，包括：采集模块，用于采集目标的图像数据，并对所述图像数据进行初始化处理，获取目标区域的点云数据；关联模块，用于根据所述点云数据提取特征点，建立当前帧的特征点与全局地图点的数据关联；获取模块，用于根据所述数据关联结果获取匹配对；确定模块，用于根据所述匹配对确定目标的运动参数；优化模块，用于添加关键帧建立位姿图，并基于所述位姿图对所述目标的运动参数进行优化。第三方面，本申请实施例提供了一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如前述第一方面所述空间未知运动目标的信息获取方法的步骤。第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，当计算机程序产品在终端设备上运行时，使得终端设备执行上述第一方面中任一项所述的空间未知运动目标的信息获取方法。第五方面，本申请实施例提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在终端设备上运行时，使得终端设备执行上述第一方面中任一项所述的空间未知运动参数的信息获取方法。可以理解的是，上述第二方面至第五方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本申请实施例提供的空间未知运动参数的信息获取方法及系统，通过提取目标的特征点，并建立全局地图点进行数据关联后选取匹配对来确定和局部优化目标的运动信息，并基于位姿图的建立对得到的运动信息进行全局优化，能够消除累计误差，提高测量估计结果的精度，同时保证测量与估计的实时性，保证空间未知运动目标的三维几何和运动参数的一致性，有效地解决了目前对空间未知运动目标的三维几何和运动参数的测量和估计方法存在无法保证测量的精度和一致性的问题。附图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空间未知运动目标的信息获取方法，其特征在于，包括：/n采集目标的图像数据，并对所述图像数据进行初始化处理，获取目标区域的点云数据；/n根据所述点云数据提取特征点，建立当前帧的特征点与全局地图点的数据关联；/n根据所述数据关联结果获取匹配对；/n根据所述匹配对确定目标的运动参数；/n添加关键帧建立位姿图，并基于所述位姿图对所述目标的运动参数进行优化。/n

【技术特征摘要】
1.一种空间未知运动目标的信息获取方法，其特征在于，包括：
采集目标的图像数据，并对所述图像数据进行初始化处理，获取目标区域的点云数据；
根据所述点云数据提取特征点，建立当前帧的特征点与全局地图点的数据关联；
根据所述数据关联结果获取匹配对；
根据所述匹配对确定目标的运动参数；
添加关键帧建立位姿图，并基于所述位姿图对所述目标的运动参数进行优化。


2.如权利要求1所述的空间未知运动目标的信息获取方法，其特征在于，所述采集目标的图像数据，并对所述图像数据进行初始化处理，获取目标区域的点云数据，包括：
根据所述目标的图像数据选取目标区域的点云图像；
基于颜色空间模型对所述点云图像进行图像分割；
基于统计滤波对进行图像分割后的点云图像进行噪声滤波，得到所述目标区域的点云数据。


3.如权利要求1所述的空间未知运动目标的信息获取方法，其特征在于，所述全局地图点包括第一描述子和第二描述子；所述第一描述子用于描述第一帧的特征点的位置信息，所述第二描述子用于描述最新更新帧的特征点的位置信息；
所述根据所述点云数据提取特征点，建立当前帧的特征点与全局地图点的数据关联，包括：
基于特征提取算法提取所述点云数据中的特征点；
根据所述特征点的位置信息建立全局地图点；
将当前帧的特征点的描述子分别与所述第一描述子和所述第二描述子进行匹配。


4.如权利要求3所述的空间未知运动目标的信息获取方法，其特征在于，所述根据所述特征点的位置信息建立全局地图点，包括：
获取第一帧的特征点的位置信息的三维坐标，建立参考坐标系；
获取后续帧的特征点的位置信息，并基于位置变换将所述后续帧的特征点转换到所述参考坐标系中，建立全局地图点。


5.如权利要求1所述的空间未知运动目标的信息获取方法，其特征在于，所述根据所述数据关联结果获取匹配对，包括：
计算所述当前帧的特征点与全局地图点的特征点的最小距离；
判断所述当前帧的特征点与所述全局地图点的特征点的最小距离是否小于预设距离阈值；
若所述当前帧的特征点与所述全局地图点的特征点的最小距离小于预设距离阈值，则基于随机一次性采样模型计算匹配单...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐晓志，郭佳伟，李兵，胡颖，吴广鑫，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，哈尔滨工业大学深圳，
类型：发明
国别省市：广东;44