光電所在高精度視覺位姿測量技術(shù)方面取得重要進(jìn)展

　　基于視覺的目標(biāo)位姿（位置和姿態(tài)）測量是光電精密測量技術(shù)領(lǐng)域重點(diǎn)研究的前沿方向，在空間操作、工業(yè)制造、機(jī)器人導(dǎo)航等領(lǐng)域扮演著舉足輕重的角色。尤其在空間領(lǐng)域中，目標(biāo)位姿的準(zhǔn)確測量是直接關(guān)系到空間任務(wù)成功與否的一項(xiàng)重要工作。當(dāng)前針對(duì)合作目標(biāo)的位姿測量技術(shù)已經(jīng)比較成熟，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療以及航天領(lǐng)域中。然而，由于大多數(shù)目標(biāo)缺乏合作目標(biāo)的先驗(yàn)信息，使得對(duì)這些沒有合作信息的目標(biāo)進(jìn)行位姿測量極具挑戰(zhàn)。 

　　近日，在國家自然基金和中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)的支持下，針對(duì)任意不具有合作信息的目標(biāo)，光電所空天光電技術(shù)事業(yè)部趙汝進(jìn)博士帶領(lǐng)的視覺測量研究小組，提出了一種基于旋轉(zhuǎn)參數(shù)的高精度位姿測量方法。該方法首先利用Cayley-Gibbs-Rodriguez (CGR)對(duì)旋轉(zhuǎn)矩陣進(jìn)行參數(shù)化，然后將位姿測量問題轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)參數(shù)的最優(yōu)化問題，最后利用自動(dòng)求解Gr？bner基方法對(duì)旋轉(zhuǎn)參數(shù)這一最優(yōu)化問題進(jìn)行求解，實(shí)現(xiàn)了針對(duì)任意數(shù)量特征點(diǎn)在不同排布下的位姿測量。相比傳統(tǒng)位姿測量方法，該方法通用性更強(qiáng)且精度得到近一步提高。該項(xiàng)研究成果有望應(yīng)用在未來的空間任意目標(biāo)測量任務(wù)中，也可推廣應(yīng)用在工業(yè)制造，醫(yī)療輔助、機(jī)器人導(dǎo)航等領(lǐng)域。 

　　仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)際實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提出算法的有效性和魯棒性。圖1是仿真實(shí)驗(yàn)誤差比較，圖2是實(shí)際圖片位姿測量結(jié)果。  

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在Elsevier旗下的著名測量期刊《Measurement》上，論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S026322411830099X 

　　

　　圖1  不同配置的平均旋轉(zhuǎn)和位移誤差的比較：（a）普通三維情況；（b）準(zhǔn)奇異情況；（c）平面情況 

　　

　　圖2  實(shí)際圖片的位姿測量結(jié)果（其中綠色標(biāo)志“+”為匹配異常值，紅色標(biāo)記“+”是特征點(diǎn)集，而利用所提出的算法得到的目標(biāo)姿態(tài)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行重投影后的點(diǎn)標(biāo)記為藍(lán)色 “o”。）