● 摘要
视觉里程计是当前星表巡视探测器在行星表面实现巡视导航的关键技术，是巡视探测器实现自主定位的热点研究方向。针对月面松软的月壤环境会使月面巡视探测器车轮打滑和滑移导致传统基于码盘里程计进行航位推算的定位方法失效，本文对基于立体视觉里程计的月面巡视探测器定位方法进行了研究，主要包括视觉里程计原理、特征提取和匹配、运动估计等，并进行了模拟实验验证。 首先介绍了立体视觉里程计定位原理。通过安装在月面巡视探测器上的双目摄像机采集图像，提取图像特征点，匹配和跟踪特征点，利用这些特征点在月面巡视探测器移动前后两个机器人坐标系下的三维坐标求解出两个坐标系的变换关系，从而求出月面巡视探测器前后两个时刻的位置和姿态变化，推算出月面巡视探测器当前的位姿。其中图像特征点的提取和匹配，运动估计算法是本文研究的主要内容。 其次根据月球表面的特点，研究了图像特征提取技术。比较了Harris和SIFT两种特征提取算子，实验结果表明SIFT算子的特征重复定位精度高于Harris算子的特征定位精度。 再次由于既要建立左右图像的匹配关系以确定特征点的三维坐标，又要建立巡视探测器移动前后左图像特征点的匹配关系以确定运动前后环境特征点空间位置的对应关系，本文研究了图像特征的匹配技术。SIFT特征点的匹配对图像旋转、图像缩放和图像亮度变化具有更好的效果，因此适用于视觉里程计定位系统中。 然后针对错误匹配影响运动估计精度的问题，本文利用鲁棒运动估计快速求出运动参数初值，然后利用非线性方法求解运动参数的精确解，提高了运动参数求解的可靠性和精度。 最后，为了验证算法的有效性，开发了月面巡视探测器视觉里程计定位的仿真软件，并在室外环境下进行了仿真实验，结果表明立体视觉里程计方法具有较好的定位效果。