视觉位姿测量技术因非接触、抗干扰和测量精度高等优点已成为位姿测量的主要方法,在航空航天、军事和工业等领域应用广泛。为解决单目视觉位姿测量系统中面阵CCD测量速度慢、精度低等问题,本课题研究正交位姿测量方法实现高速、高精度的单目位姿测量。本课题深入研究了标识点正交分光成像的位姿测量基础理论和解决位姿测量过程中的关键技术。论文的主要研究内容有:1.研究了正交分光成像原理及位姿测量原理。正交分光传感器获取靶标的二维图像,验证了正交分光成像理论的有效性。研究了正交分光传感器的非线性畸变模型和基于交比不变性的畸变校正方法,并通过畸变校正有效地改善了正交分光传感器的图像采集质量。2.提出了一种全局径向基函数插值映射成像模型标定方法,克服了非线性畸变对测量精度的影响,提高了标定精度。采用普吕克直线表示映射成像模型,结合径向基插值公式推导出了正交分光传感器的数学模型。针对径向基插值法中控制点的选择问题提出了基于K-means聚类的自适应选择方法。根据普吕克直线的特性,推导出了相机矩阵的标定公式并采用最小二乘法求解了矩阵参数。研究了不同径向基函数及不同形状参数值对标定精度的影响。3.提出了一种改进的标定方法——基于核化距离c均值模糊聚类单位分解标定方法,有效解决全局径向基函数插值映射成像模型标定方法在处理大规模数据方面存在的病态稠密矩阵问题。研究了基于核化距离c均值模糊聚类的单位分解法。使用Shepard方法,提出一种局部紧支撑径向基函数构造正交分光传感器权函数的方法。研究了采用不同半径扩大系数进行单位分解对标定精度的影响。4.提出了一种正交分光视觉位姿测量系统的非线性无约束优化测量模型,为了解决位姿求解过程中几何约束较多影响解算精度的问题。使用罚函数将多个几何约束进行组合,并将约束优化问题转化为无约束优化问题,构建非线性无约束优化测量模型。采用迭代方法求解特征点的摄像机坐标。研究了位移和方位角的位姿解算算法。通过实验比较了采用不同标定方法进行位姿测量的测量精度,位移测量精度为±0.1mm,方位角测量精度为±0.1°。并通过实验验证了本文算法比非线性几何约束测量算法的测量精度高。