在轨航天器双目视觉图像采集与处理系统研制

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1、硕士学位论文在轨航天器双目视觉图像采集与处理系统研制RESEARCHONBINOCULARVISIONIMAGEACQUISITIONANDPROCESSINGSYSTEMBASEDONORBITSPACECRAFT路研研哈尔滨工业大学2015年6月图内图书分类号：学校代码：10213国际图书分类号：密级：公开工学硕士学位论文在轨航天器双目视觉图像采集与处理系统研制硕士研究生：路研研导师：叶东教授申请学位级别：工学硕士学科、专业：仪器仪表工程所在单位：自动化测试与控制系答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex：U.D.CDissert

2、ationfortheDegreeofMasterinEngineeringRESEARCHONBINOCULARVISIONIMAGEACQUISITIONANDPROCESSINGSYSTEMBASEDONORBITSPACECRAFTCandidate：LuYanyanSupervisor：Prof.YeDongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：InstrumentationEngineeringAffiliation：DepartmentofAutomaticTestandControlDat

3、eofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要随着空间活动日趋频繁，在轨航天器的交会对接技术逐渐得到广泛应用。作为空间航天器交会对接关键技术之一的立体视觉位姿测量技术已经成为国内外学者的重点研究对象。本论文旨在针对空间非合作目标双目视觉相对导航的需求及其特殊性，研制出具有高实时性的用于追踪航天器与目标航天器之间相对位姿的双目视觉图像采集与处理系统。为了实现特定范围内追踪航天器与目标航天器之间相对位置和相对姿态的测量，针对CameraLink接口的光学敏感器CMV

4、4000相机，采用FPGA+DSP的构架模式完成图像采集处理系统的设计，其中FPGA主要担负上电时序控制、全局复位逻辑及部分控制逻辑的实现，完成非合作目标的图像处理并输出特征点坐标；DSP则负责相对位姿解算及上位机显示解算结果。考虑到航天工程环境的特殊性，在满足低功耗、小型化的条件下，针对CMV4000光学敏感器，需要完成了关键器件的选型；设计出了合理的满足双目视觉图像采集、处理、存储及传输整个流程的硬件电路以及保证各个器件正常工作的电源电路等；在逻辑设计方面，完成了满足大数据量实时处理的FPGA硬件逻辑设计及与DSP的通讯设计，实现了图像采集、存储以及边缘点提取等操作。最后

5、，通过FPGA和DSP的在线调试，验证相机采集以及图像边缘点坐标提取传输的正确性，通过现场模拟验证整个硬件系统的边缘提取及细化的效果。本双目视觉图像采集处理系统满足航天工程对硬件平台小型化、低功耗的指标要求，具有良好的应用前景。关键词：非合作目标；双目视觉；FPGA+双DSP；边缘提取-I-AbstractAbstractWiththeincreasingofspaceactivities,therendezvousanddockingtechnologyofspacecraftin-orbithasbeenwidelyused.Asoneofthekeytechnologi

6、esofspacerendezvousanddocking,thetechnologyofpositionandattitudemeasurementbasedonstereovisionhasbecomethefocusofdomesticandforeignscholars.Thispaperaimsatdevelopingahighreal-timebinocularvisionimageacquisitionandprocessingsystemwhichusedfortrackingtherelativeposebetweenthespacecraftandthet

7、argetspacecraftinviewofthenon-cooperativetargetbinocularvisionrelativenavigationandparticularity.Inordertoreceivetherelativepositionandrelativeattitudemeasurementsbetweentrackspacecraftandtargetspacecraftinaspecificrange,ForopticalsensorCameraLinkinterfa