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基于DM6446的非合作目标位姿估计算法研究

作　者: 甘前超
导　师: 宋申民
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 非合作目标 DM6446 单目视觉边缘检测位姿测量
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着信息科学技术的发展,计算机视觉在越来越多的行业得到广泛的应用。计算机视觉按照目标种类可以分为合作目标视觉测量和非合作目标视觉测量,非合作目标视觉测量近几年成为该领域研究热点。本文主要研究工作着重于两大方面:一方面是给出了两种非合作目标位姿解算比较实用的算法,这两种算法经过推导和仿真实验,验证是可行的,而且效率要比现有方法高。另一方面是在设计的实验平台上实现了上面的一种位姿解算算法。针对单目非合作目标测量,给出了两种算法。一个是改进的单目视觉相似迭代算法,改进的地方在最后的位姿计算上,前人通过奇异值分解的方法求解的,本文是通过构建新的坐标系来求解的,这种做法较简单,编程也会容易很多。此算法的思路是将2D-3D之间的关系转换为3D-3D之间的关系,然后通过求解景深和绝对方位求解位姿的。另一个是基于直线特征的单目视觉位姿解算,此算法也是在前人研究的基础上做了相应的改进,初始值给取是通过求解析解给出的,最后的位姿计算是用Newton迭代法求解的,经仿真实验验证此算法正确无误,而且结果精度在误差允许的范围内。设计一套硬件实验平台,用来验证算法的有效性和合理性。针对实际应用的要求,首先在硬件的选择上做了可行性分析,并考虑到以后软件升级,在硬件选择时还留了一定的余地。整个硬件系统包括目标体、CCD摄像机、DM6446处理器、LCD液晶显示屏、PC机,为方便检测,又具有代表性,目标体设计为一长方体;考虑到图像处理数据量较大,需高性能处理器,所以选择了TI公司的DM6446处理器,这款芯片性能很高,是专门用来做图像处理的。在实验平台上实现前面的算法。分别在图像滤波、边缘检测、Hough变换、位姿计算上做了实验,从反复的实验中,总结出了图像前期处理很重要,这部分的好坏直接影响后面位姿计算结果精度;还有就是编写程序要考虑运行时间,尽量优化程序,使时间尽可能的短。实验结果表明:在DM6446实验平台上实现非合作目标位姿测量,达到了预期的效果,可以满足实际的需求。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-17
  1.1 研究背景及意义  9-10
  1.2 国内外相关领域的研究现状  10-13
    1.2.1 视觉测量技术发展  10-11
    1.2.2 非合作目标测量应用领域  11-13
  1.3 视觉测量实现平台  13-16
  1.4 本文的主要研究内容  16-17
第2章单目非合作测量算法  17-39
  2.1 算法理论基础  17-20
    2.1.1 图像坐标系、摄像机坐标系与世界坐标系  17-20
  2.2 基于模型的单目相似迭代算法  20-25
    2.2.1 深度估计  21-22
    2.2.2 位姿解算  22-25
  2.3 基于SoftNeWton的单目视觉位姿测量  25-38
    2.3.1 模型建立  26-27
    2.3.2 迭代初始值  27-29
    2.3.3 Newton迭代法  29
    2.3.4 算法流程及仿真实验  29-38
  2.4 本章小结  38-39
第3章算法实现平台  39-50
  3.1 硬件系统设计  39-45
    3.1.1 可行性分析  39-40
    3.1.2 系统设计方案  40-45
  3.2 系统软件平台  45-49
    3.2.1 Linux操作系统  45
    3.2.2 交叉编译环境的建立  45-46
    3.2.3 配置NFS文件系统服务  46-47
    3.2.4 串口终端与启动项配置  47-49
  3.3 本章小结  49-50
第4章位姿解算设计与实现  50-64
  4.1 Codec Engine工作原理  50-52
  4.2 XDM标准、数据格式、多线程  52-54
  4.3 图像前期处理及实验验证  54-63
    4.3.1 图像滤波  55-57
    4.3.2 边缘检测  57-61
    4.3.3 位姿解算  61-63
  4.4 本章小结  63-64
结论  64-66
参考文献  66-71
致谢  71

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