[00135538]嫦娥三号视觉导航系统标定及精度评价技术与装置

视觉导航系统标定及精度评价技术是解决空间航天器视觉导航光学敏感器高精度标定、图像校正以及三维图像恢复的关键技术,该技术成果是实现我国探月工程重大专项任务嫦娥三号着陆器安全着陆用避障敏感器精确避障、巡视器导航相机与避障相机精确导航和避障的重要组成部分和核心技术之一。 嫦娥三号视觉导航系统标定及精度评价技术与装置成果主要创新点如下： （1）针对嫦娥三号着陆避障敏感器、导航和避障相机对标定的特殊要求,开发了由立体标定装置、工业测量系统、经纬仪测量系统、图像数据处理系统组成的高精度立体视觉标定系统。设计了高质量“准二值影像”的回光反射标识,采用交比不变性作为识别标准、仿射变换恢复编码信息的点状编码标识和一种对内外参数相关性不敏感并保证控制网精度的立体标定装置,系统整体标定精度达到0.05mm,达到国内领先、国际先进水平。 （2）针对嫦娥三号超大视场相机实现月面未知环境的高精度三维恢复与重建需求,创新性地提出了一种直接在f－θ成像模式上进行鱼眼镜头畸变校正的标定方法,建立了鱼眼镜头精确成像模型,与传统的几何标定相比,标定参数更符合鱼眼镜头成像的物理特性,解决了170°视场避障相机标定的技术难题,极线校正精度优于1pixel,达到国内领先、国际先进水平。 （3）针对嫦娥三号立体视觉导航系统高精度标定精度评价需求,提出了一种视觉导航系统标定精度三维恢复验证技术。利用高精度标定系统,采用后方交会、公共点转换和准直测量技术解决了测量系统与光学基准之间高精度转换难题,并通过建立测量网和准直测量模式实现了单点验证和点集验证相交叉的三维恢复验证方法,解决了月面未知环境下嫦娥三号视觉导航系统中导航相机、避障相机标定精度三维恢复验证的难题,为实现月面环境障碍识别提供了关键技术支持,实现的技术指标达到国内领先、国际先进水平。 （4）针对嫦娥三号巡视器局部自主避障与路径规划的需求,采用点结构光视觉模型以及双目立体视觉模型,解决了974nm非可见光谱段激光点阵器结构光参数标定问题,实现了巡视器自主避障功能的关键技术突破,提高了探测器适应月面复杂地形的能力,实现的技术指标达到国内领先水平。 视觉导航系统标定及精度评价技术成果已成功应用于我国探月工程重大专项任务嫦娥三号探测器的视觉导航系统的高精确标定及其精度验证中,为嫦娥三号精确导航和避障提供了关键技术支持。该项成果已获授权发明专利10项,软件著作权2项,企业标准1项,成果应用产值5000万以上。该成果已推广应用至神舟系列飞船、资源普查、高分辨率对地观测等多个卫星控制系统中的视觉导航光学敏感器系统的标定与精度评价测试中,技术成果达到国内领先、国际先进水平。在民用领域,该成果已推广应用于高速铁路、船舶制造、汽车工业、新能源等行业,提高了相关领域装备的国产化水平,牵引和带动了国内基础工业的发展,为我国高精度检测领域提供了基础的技术保障,并产生出显著经济效益,促进了我国经济与社会发展。