1.一种基于透视N点几何算法的卫星位姿实时估计方法,其特征在于,包括以下步骤:S1,采用深度相机实时连续对目标卫星进行图像拍摄,识别出目标卫星的高保真图像,并提取保存高保真图像中每个像素的深度信息及亮度信息;
S2,采用FAST特征点检测方法提取相邻两帧目标卫星高保真图像的特征点;
S3,对相邻两帧目标卫星高保真图像的特征点,构建相应的BRIEF特征点描述子;
S4,对相邻两帧目标卫星高保真图像提取的特征点,进行特征点匹配;
S5,通过匹配到的目标卫星高保真图像特征点,基于透视N点几何法进行目标卫星位姿估计,具体包括以下步骤:S501,根据深度相机拍摄的n帧目标卫星图像,建立目标卫星的坐标系恒等式数学模型;
S502,定义pn为匹配好的特征点,第n帧图像中目标卫星的特征点为pn,该特征点所在坐标系为{Pn};
S503,定义深度相机在实际中的固定坐标系为{C1},其拍摄第一帧图像时定义为第一视角,其相对于目标卫星的姿态为初始姿态;设置深度相机以第n视角拍摄第n帧图像,并设置在第n视角下,深度相机相对于目标卫星的姿态保持初始姿态;
S504,目标卫星坐标系{Pn}相对于深度相机坐标系{C1}的相对位姿关系表达式为:第n视角下深度相机坐标系{Cn}相对于深度相机固定坐标系{C1}的相对位姿关系表达式为:目标卫星坐标系{Pn}相对于深度相机坐标系{C1}的相对位姿关系表达式,即目标卫星的实时姿态表达式为:式中,n≧2,T为齐次变换矩阵;
目标卫星的实时姿态表达式的计算公式为:
式中,n为目标卫星所在的第n帧目标卫星图像,且n≧2;
通过最小化重投影误差,进行深度相机间的相对位姿估计求解,计算公式为:式中,
Ui为3*1的矩阵,前两维为投影在2D平面的像素坐标,最后一维为1;
Pi为三维空间中的特征点集;
K为相机内参;
si为深度值;
i为当前帧图像的第i个特征点;
T为固定的实际相机与当前帧下虚视角相机间的相对位姿;
T*为固定的实际相机与当前帧下虚视角相机间的最佳相对位姿。
2.根据权利要求1所述的一种基于透视N点几何算法的卫星位姿实时估计方法,其特征在于,采用深度相机设置为在1s内对目标卫星连续拍摄25张图像,相邻图像的拍摄间隔时间设置为0.039s。
3.根据权利要求1所述的一种基于透视N点几何算法的卫星位姿实时估计方法,其特征在于,识别高保真图像的方法为:对拍摄图像进行每一帧图像平均亮度计算,设置平均亮度在[50,200]区间内的图像为高保真图像。
4.根据权利要求1所述的一种基于透视N点几何算法的卫星位姿实时估计方法,其特征在于,采用FAST特征点检测方法提取相邻两帧目标卫星高保真图像的特征点,包括以下步骤:采用FAST特征点检测方法,对目标卫星高保真图像的每个像素点进行邻域圆像素亮度检查,具体为检查邻域圆像素点中的第1、5、9、13像素点的亮度;
若目标像素点的邻域圆像素点中,第1、5、9、13四个像素点的亮度,有三个同时大于该目标像素点亮度或者同时小于该目标像素点亮度,则该目标像素点被设定为目标卫星高保真图像的一个特征点。
5.根据权利要求1所述的一种基于透视N点几何算法的卫星位姿实时估计方法,其特征在于,对相邻两帧目标卫星高保真图像的特征点,构建相应的BRIEF特征点描述子,具体包括以下步骤:在图像中定义一个关键点;在关键点周围选取一个固定大小的邻域,并在该邻域内随机选取N个点对;比较每个点对中两个点的像素值大小,并根据比较结果生成一个N维的二进制向量作为特征点描述子。
6.根据权利要求5所述的一种基于透视N点几何算法的卫星位姿实时估计方法,其特征在于,关键点是指对图像进行角点检测,即图像中局部像素灰度变化明显的区域。
7.根据权利要求5所述的一种基于透视N点几何算法的卫星位姿实时估计方法,其特征在于,固定大小的邻域是指像素点固定半径为8大小的区域,即像素为16*16大小的图像。
8.根据权利要求1所述的一种基于透视N点几何算法的卫星位姿实时估计方法,其特征在于,对相邻两帧目标卫星高保真图像提取的特征点,进行特征点匹配,具体方法为:对相邻两帧目标卫星高保真图像特征点描述子,进行两两计算汉明距离,具有最小汉明距离的两个特征点描述子所对应的特征点,即为匹配到特征点。