基于TMS320DM642的空间交会对接视觉测量系统

论文摘要

空间交会对接是指实现航天器之间对接结构的连接。其关键技术包括视觉测量系统,对接结构原理等问题。而航天器的相对位姿的测量技术显得更为重要。由于半导体技术的快速发展,与此同时电子器件和产品的快速化和稳定性得到了提高,并且在航天技术中应用越来越广泛。本文利用TMS320DM642实现了交会对接软硬件系统,着重研究了视觉测量中的相机标定,位置和姿态测量以及DM642应用于位姿测量等关键技术。验证了应用DSP实现空间对接中位姿解算实现的可行性。本文主要工作如下:本文主要介绍了视觉测量系统中的相机成像和标定问题。根据相机的线性成像原理,确定出相机标定在整个视觉测量系统中重要的基础地位。本文在标定方法的介绍中具体介绍了介于传统标定和自标定方法的张正友标定方法。利用张正友标定方法对标定板进行了标定得到了优劣的两组对比数据,为整个视觉测量系统更好的实现其功能提供了准确的依据。本文研究了一种高效率的种子填充算法,并对目标圆点进行了坐标中心点坐标提取,最后利用OPENCV在DSP中移植的POSIT函数实现了姿态的测量与计算。以上算法是在TMS320DM642上实现了的。最后对双目视觉进行了介绍,并且在DSP环境中实现了双目图像的采集。为之后的双目视觉测量打下了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景和来源
• 1.2 国外交会对接测量系统以及数字信号处理的现状和发展
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 相机标定
• 2.1 标定基础知识
• 2.1.1 坐标系定义
• 2.1.2 刚体变换过程的欧拉角表示法
• 2.1.3 相机线性模型
• 2.1.4 非线性模型
• 2.2 相机标定方法的分类
• 2.3 张正友标定方法
• 2.4 标定实现
• 2.5 本章小结
• 第3章 OpenCV 函数库在DM642 实验环境下的移植
• 3.1 ICETEK-DM642-PCI 评估板
• 3.2 TMS320DM642
• 3.2.1 DM642 的CPU 单元
• 3.2.2 DM642 Cache 结构
• 3.2.3 增强的直接存储器访问EDMA 控制器
• 3.2.4 外部存储器接口EMIF
• 3.2.5 DM642 的视频端口
• 3.2.6 其他外设
• 3.3 集成开发环境CCS 以及相关驱动
• 3.3.1 集成开发环境CCS
• 3.3.2 实时操作系统DSP/BIOS
• 3.3.3 视频采集驱动设计
• 3.3.4 驱动的实现
• 3.3.5 编写视频驱动结果分析
• 3.4 OpenCV
• 3.4.1 OpenCV 库组成
• 3.4.2 OpenCV 的体系
• 3.5 OpenCV 库函数在DM642 上的移植
• 3.5.1 移植的基本概念
• 3.5.2 OpenCV 库函数在DM642 上的移植
• 3.5.3 移植实验结果分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 运用OpenCV 函数库在DM642 计算相对位姿
• 4.1 求取目标特征点坐标
• 4.1.1 一种改进的种子填充算法
• 4.1.2 特征点中心坐标提取
• 4.2 单目位姿算法
• 4.2.1 POSIT 算法
• 4.2.2 问题的描述
• 4.2.3 POSIT 算法的研究
• 4.3 OpenCV 在DM642 中实现POSIT 姿态解算及实验结果分析
• 4.4 滤波算法
• 4.5 本章小结
• 第5章 DM642 在双目视觉中的应用
• 5.1 双目视觉
• 5.1.1 双目视觉原理
• 5.1.2 双目成像位姿算法
• 5.1.3 光轴平行时光学精度分析
• 5.2 双目视觉实验
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢