(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202210536319.0 (22)申请日 2022.05.18 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114638896 A (43)申请公布日 2022.06.17 (73)专利权人 南京航空航天大 学 地址 210016 江苏省南京市秦淮区御道街 29号 (72)发明人 赵科东　孙永荣　李华　吴玲　 付宇龙　 (74)专利代理 机构 南京苏高专利商标事务所 (普通合伙) 32204 专利代理师 柏尚春 (51)Int.Cl. G06T 7/73(2017.01)G06T 7/80(2017.01) (56)对比文件 CN 104180808 A,2014.12.0 3 CN 113850866 A,2021.12.28 审查员 叶旭庆 (54)发明名称 一种基于不变特 征的锥套位姿解 算方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于不变特征的锥套位 姿解算方法， 包括获取可用于不变特征构建三维 空间信息的物理量； 提取圆特征的图像信息， 并 根据圆特征解算位姿， 得到两组可能的位姿解； 提取图像中三线特征的 图像信息， 计算得分得到 有效三线特征； 利用有效三线特征， 分别求解得 到每个三线特征的位置参数； 根据模 型坐标系与 世界坐标系的约束关系， 选择正确姿态解； 求解 锥套姿态初始解； 根据模型坐标系与世界坐标系 的约束关系， 求解锥套位置初始解； 优化锥套位 姿。 本发明克服了自主空中加油近距视觉导航中 锥套形变会影响特征三维空间信息的准确性从 而导致单目视觉位姿解算精度下降问题， 具有更 简单的图像信息与空间信息的对应 关系， 便于特 征的配准。 权利要求书3页 说明书13页 附图32页 CN 114638896 B 2022.08.05 CN 114638896 B 1.一种基于不变特 征的锥套位姿解 算方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤1、 获取可用于不变特征构建三维空间信 息的物理量， 所述物 理量包括圆特征和三 线特征； 步骤2、 提取圆特征的图像信息， 并根据圆特征解算位姿， 得到两组可能的位姿解， 包括 两个法向姿态 和两个位置 ， 其中 ； 步骤3、 提取图像中三线特 征的图像信息， 计算得分， 得到有效三线特 征； 步骤4、 利用有效三线特征， 构建计算机视觉中的P3L问题， 分别求解得到每个有效三线 特征的位置参数 和姿态参数 ， 每个有效三线特征可解算到2到4组位姿解， 故N个有 效三线特 征可产生 组到 待定的解； 步骤5、 根据模型坐标系与世界坐标系的约束关系， 选择步骤3、 4中正确姿态解； 步骤6、 求 解锥套姿态初始解； 步骤7、 根据模型坐标系与世界坐标系的约束关系， 求 解锥套位置初始解； 步骤8、 优化锥套位姿。 2.根据权利要求1所述的基于不变特征的锥套位姿解算方法， 其特征在于， 步骤1中， 所 述不变特征包括： （1） 锥套加油口 的单个圆形 特征； （2）锥套每个伞骨三角块上的三条不同方向的线特征， 下称三线特征， 记为 ， 其中 为从伞骨内侧提取到的线特征， 为从伞骨外侧提 取到的线特征， 为剩余一个方向的线特征， 和 为从三线特征空间物理量拟合出 的代表线段的首尾端点。 3.根据权利要求1所述的基于不变特征的锥套位姿解算方法， 其特征在于， 步骤1中， 所 述圆特征为能恢复出圆空间结构的物理量， 包括圆的半径、 直径或圆上若干点的坐标； 所述 三线特征为能恢复出三角形空间结构的物理量， 包括三线特征所构成的三角形 的三边长、 两边长及夹角。 4.根据权利要求1所述的基于不变特征的锥套位姿解算方法， 其特征在于， 步骤3具体 为： 提取图像中可观测的三线特 征 ， 对三线特 征按 计算得分， 并进行降序 排列， 得到前N个得分最高的三线特征索引向量 和 得分向量 ， 其中 和 是第i条线拟合得到的首尾端点， 下称为有效三线特 征， 代表向量取模， 代表向量叉乘。 5.根据权利要求1所述的基于不变特征的锥套位姿解算方法， 其特征在于， 步骤5 中， 所 述模型坐标系与世界坐标系的约束关系包括： （1） 圆特 征的模型坐标系与世界坐标系保持一 致；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114638896 B 2（2） 多个三线特征模型坐标系的Y轴与世界坐标系Z轴在一直保持正交的状态， 即世界 坐标系Z轴始终垂直于多个三线特 征所在平面法向量张成的平面； （3） 所有三线特征模型坐标系的原点位于以圆特征模型坐标系原点为圆心， 半径与加 油口半径 r相同的圆上。 6.根据权利要求1所述的基于不变特征的锥套位姿解算方法， 其特征在于， 步骤5具体 为： 取步骤4中解算 得到的三线特征模型坐标系Y轴方向， 记为 ； 结合圆特征求解 得到的两 个圆平面法向量 和 ， 按 计算误差， 从每个三 线特征的多组姿态参数中选取出符合 实际位姿的圆平面法向量和三线 特征模型坐标系Y轴 ， 其中 为有效三线特征的个数， 代表解的数量为2到4个， 代表向 量转置， 表示取最小值， 选择误差和较小的那组为锥套姿态对应的圆平面法向量 和三线特征模型坐标系Y轴向量 ， 当 和 相近时， 选择误 差分布更一 致的那组解。 7.根据权利要求1所述的基于不变特征的锥套位姿解算方法， 其特征在于， 步骤6具体 为： 根据模型坐标系与世界坐标系之间的约束关系， 构建线性约束方程组， 其矩阵表达形式 为 利用奇异值分解求解得到锥套世界坐标系的Z轴方向 ， 其中 为选取的 构建的矩阵， 代表向量转置， 为选取的 构建得到的矩权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114638896 B 3