点目标三维运动测量的单目运动轨迹交会原理与方法研究

对于没有结构特征的点目标，单目视觉通常只能定向，需增加测距等辅助信息才能进行三维运动测量。本项目提出和发明了单目运动轨迹交会的新概念理论和方法，不需增加辅助设备或改造成像光路，通过合理描述目标运动规律，仅由可控运动的单像机实现了对点目标三维运动的被动测量，突破了仅由单像机无法测量点目标三维运动的限制，解决了这类视觉测量难题，已申请国家发明专利。本项目将通过理论分析和实验，研究多种目标运动模式下单目运动轨迹交会求解方法；论证使问题有确定解的条件；研究像机和目标运动模式与求解稳定性和精度的关系；研究像机运动路径规划的原则和方法。使单目运动轨迹交会成为一种理论完备，实施简便、高效，并具有较好通用性的被动单目测量方式。研究成果可用于机器人、车辆、舰船、航空器、航天器等机动平台单目被动测量地面或空间点目标三维运动，解决长航时飞行目标测控、地面或空间非合作目标远距离监测等难题，拓展视觉测量的领域。

本项目提出和发明了单目运动轨迹交会的新概念理论和方法，由可控运动的单像机实现了对点目标三维运动的被动测量。项目主要从以下方面进行了方法算法研究分析，并开展了数字和实物验证实验。.1) 进行了单目运动轨迹交会法的充要条件进行了分析论证，提出了单目运动轨迹交会法有确定解的充分必要条件。.2) 进行了误差评定与结果精度影响因素分析，从误差传递理论和仿真实验两方面给出了各因素对单目运动轨迹交会法结果误差的定性定量影响分析结果。.3) 进行了目标轨迹参数化方式、阶次选择及其对结果的影响分析，提出用带有指数函数项的时间多项式有限次多项式描述目标运动轨迹，提高了单目轨迹交会测量方法的精度。.4) 对正、余弦曲线，指数曲线、椭圆轨迹等目标运动不用时间多项式描述的情况进行了研究探讨。.5) 研究了相机运动方式、运动轨迹优化设计的方法，通过对相机轨迹进行事先设计或根据观测情况动态优化设计，能够明显提高单目轨迹交会测量的精度。.6) 在单目轨迹交会测量方法的基础上，提出了刚体目标单目轨迹交会运动测量的方法，测量合作目标运动参数、非合作目标运动参数和结构参数。.7) 在单目轨迹交会测量方法的基础上，又提出了多目轨迹交会测量方法，解决多目交会测量中成像不同步、轨迹交叉等问题。.8) 在相关研究中，提出了飞行平台单相机对地面目标定位的方法。.9) 在相关研究中，提出了基于摄像对非合作刚体目标质心运动参数进行测量方法。.通过这些研究工作，使得单目轨迹交会测量方法更加完备，并为其实用化奠定了较好的理论和方法基础。