基于稀疏直方图的空间机械臂视觉目标跟踪方法.pdf

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1、航天返回与遥感第36卷第3期92SPACECRAFTRECOVERY&REMOTESENSING2015年6月基于稀疏直方图的空间机械臂视觉目标跟踪方法高升袁宝峰齐哲陈磊王康梁常春（北京空间飞行器总体设计部空间智能机器人系统技术与应用北京市重点实验室，北京100094）摘要视觉系统作为空间机械臂的重要组成部分，一项重要功能就是在复杂空间环境下在规定周期内自主、可靠地完成对空间目标的跟踪，即在相机采集的图像序列中定位目标区域。文章面向空间机械臂视觉跟踪的应用需求，提出一种基于稀疏直方图的视觉目标跟踪

2、方法，在目标区域内选取相互重叠的局部图像块，通过组合全部图像块的稀疏系数构造直方图以获取目标表示，采用基于簇比重信息的相似性度量方法计算目标模板与候选目标之间的距离，将此距离作为粒子滤波的观测模型以在图像中确定目标位置。标准测试集测试、室内环境和在轨环境试验的定性和定量分析结果均表明文中方法可以实现对相机视场范围内目标的准确和可靠跟踪。关键词目标表示稀疏直方图相似性度量空间机械臂视觉系统中图分类号:V11文献标志码:A文章编号:1009-8518(2015)03-0092-07DOI:10.396

3、9/j.issn.1009-8518.2015.03.013SpaceManipulatorVisualObjectTrackingMethodUsingSparsity-basedHistogramGAOShengYUANBaofengQIZheCHENLeiWANGKangLIANGChangchun（BeijingKeyLaboratoryofIntelligentSpaceRoboticSystemsTechnologyandApplications,BeijingInstituteofS

4、pacecraftSystemEngineering,Beijing100094,China）AbstractVisionsystemisakeypartofaspacemanipulatorsystem.Spaceobjecttrackingorobjectlocalizationinimagesequencesfromcameras,whichisimplementedautonomouslyandreliablywithinagiventimeincomplexspaceenvironmen

5、t,isoneoftheimportantfunctionsofthevisionsystem.Inthispaper,weproposeasparsity-basedhistogramvisualobjecttrackingmethodforaspacemanipulatorsystem.Theobjectrepresentationisacquiredbycombiningthesparsecoefficientsofoverlappedimagepatchesintheobjectregio

6、n,andthedistancebetweenthecandidateandthetemplateiscalculatedbyusingthebin-ratioinformationbasedsimilaritymeasure.Trackingiscarriedoutwithinaparticlefilterframework,inwhichthedistanceisusedtoconstructtheobservationmodel.Experimentsconductedonbenchmark

7、setandimagesequencescapturedbymanipulatorvisionsystemsinindoorenvironmentandon-orbitenvironmentdemonstratequalitativelyandquantitativelythattheproposedmethodcanperformaccurateandreliabletrackingoftheobjectinthecamerafieldofview.Keywordsobjectrepresent

8、ation;sparsity-basedhistogram;similaritymeasure;spacemanipulator;visionsystem收稿日期：2015-01-15基金项目：国家自然科学基金（61231018，61305112）第3期高升等:基于稀疏直方图的空间机械臂视觉目标跟踪方法930引言空间机械臂是深入开展航天活动必不可少的工具。在中国的载人航天三期工程中，空间机械臂作为支持空间站建设和运营的关键性技术，承担着舱段转位、悬停飞行器捕获和辅助对接、支持航天员