利用单幅图像实现空间相机镜头畸变在轨标定

在空间交会对接、在轨维护等各种空间任务中，非合作航天器相对姿态和位置的测量是关键环节。然而，常用的全球定位系统、雷达探测系统和激光扫描仪由于体积大、笨重、复杂且昂贵，不适合某些特殊的空间任务。

计算机视觉由于其低成本、小尺寸、轻质量和可接受的精度，最近在许多重要的太空任务中表现出了良好的性能。但对于精度要求高或使用广角镜头的太空任务，特别是需要长期承受太空恶劣机械和热条件的镜头，传统的针孔模型是不够的。

中国科学院西安光学精密机械研究所张高鹏研究员课题组报告了一种基于消失点一致性的在轨畸变参数标定方法。该研究发表在《光学和激光工程》杂志上。

由于大多数航天器普遍采用太阳能电池板，空间环境无法使用特定的标定物体，且可用的几何信息有限，因此采用太阳能电池板来实现在轨畸变参数标定。

本研究提出的方法主要包括消失点位置的精确估计、根据消失点一致性约束建立目标函数以及通过改进遗传算法(IGA)对畸变参数进行优化求解。至此完成了空间相机畸变参数在轨求解。通过模拟实验进行定量分析，得到不同影响因素的效果。

畸变校准方法在精度方面比布朗方法提供了更好的性能。在物理实验中，从卫星模型的底部可以看到清晰的修正痕迹。实验表明，该方法可以实现空间目标图像的畸变校正。它灵活而强大，适用于交会对接等各种空间任务。