自主航天器对接的计算机视觉算法原型

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作为就读于寄宿学校的学生,频繁的飞行经历激发了对飞行的持久兴趣。大学期间,参与了一项独特的暑期研究项目,获得了改变航天器相互对接方式的实践研究经验。

在暑期研究项目中,参与了一个名为“CLING-ERS”的项目,目标是开发国际空间站的自主航天器对接解决方案。负责开发计算机视觉算法。

技术实现:为实现自主交会对接,每个CLING-ERS设备都配备了一个红外摄像头和一组四个红外LED。通过检测附着在对方设备上的红外LED的位置和方向,每个CLING-ERS设备能够确定自身相对于对方的位置、姿态和距离,从而使两个设备能够相互导航并完成对接。为了促进这种红外LED检测,团队使用OpenCV开发了一种计算机视觉算法。

团队利用了SimpleBlobDetector,这是一种可以提取斑点的工具——斑点是图像中在亮度或颜色方面与其余部分不同的区域。对接时,每个CLING-ERS设备的红外摄像头会捕捉对方设备上红外LED的实时视频。算法随后可以持续分析此实时视频,以确定四个红外LED的位置、姿态和距离。

技术挑战与解决方案:这带来了一些挑战,其中一个更有趣的问题是透镜眩光。当CLING-ERS接近对接时,透镜眩光导致红外LED发出的光形状从圆形畸变为矩形——限制了算法在近距离的有效性。为了解决这个问题,开发了一个特性,可以在对接过程中动态调整算法的检测约束条件。

研究团队向项目教师团队和同期实习生展示了他们的研究和原型解决方案。FINISHED