计算机视觉算法实现航天器自动对接原型

航天器自动对接算法开发

德里克·奇布佐尔通过某机构赞助的夏季本科生研究体验（SURE）项目，在航天工程研究中心参与了名为"CLING-ERS"的研究项目。该项目旨在为国际空间站开发自主航天器对接解决方案。

技术实现方案

为实现自主交会对接，每个CLING-ERS设备配备一个红外摄像头和四个红外LED。通过检测对接设备上安装的红外LED的位置和方向，每个设备能够确定相对于另一个设备的位置、姿态和距离，从而使两个设备能够相互导航并对接。

计算机视觉算法开发

研究团队使用OpenCV开发计算机视觉算法来促进红外LED检测。团队采用SimpleBlobDetector工具，该工具可以提取图像中在亮度或颜色方面与其余部分不同的斑块区域。

在对接过程中，每个CLING-ERS设备的红外摄像头会捕捉对接设备上安装的红外LED的实时视频。算法持续分析该实时视频，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

该算法面临的主要挑战包括镜头眩光问题。当CLING-ERS接近对接时，镜头眩光导致红外LED发射的光线形状从圆形扭曲为矩形，限制了算法在近距离的有效性。

为解决这一问题，团队开发了一种功能，能够在对接过程中动态调整算法的检测约束条件。这种动态调参方法确保了算法在整个对接过程中的有效运行。

研究环境与影响

该研究项目在专业研究环境中进行，为学生提供了接触航空航天研究项目的宝贵机会。通过八周的研究工作，团队开发了原型解决方案，并于2022年8月向SURE教师团队和同行实习生展示了研究成果。

这项技术演示了计算机视觉算法在航天器自主对接中的应用潜力，为解决复杂的航天工程技术问题提供了新的思路和方法。