اندازه گیری سرعت فضاپیمای بازگشتی به کمک ردیابی شاخصه های تصویری

مساله ­ی تعیین جابجایی و دوران دوربین براساس شاخصه­ های متناظر میان فریم­ های تصویر، از موضوعات مورد بحث در علم بینایی ماشین است. پیچیدگی مساله به یکتا نبودن پاسخ مربوط می­شود. در این مقاله از روش حداقل مربعات بازگشتی برای پردازش اطلاعات حاصل از ردیابی شاخصه ­های تصویری به منظور اندازه گیری جابجایی خطی و زاویه ­ای دوربین میان فریم ­های تصویری و متعاقب آن اندازه­ گیری سرعت استفاده می­شود. به طور مشابه، از تطبیق تصاویر لحظه­ ای دوربین با تصاویر مرجع، برای اندازه­ گیری خطای ناوبری اینرسی در تعیین خطای موقعیت و وضعیت فضاپیمای حامل دوربین استفاده می­شود. همچنین فیلتر کالمن توسعه ­یافته برای تلفیق مقادیر اندازه ­گیری شده توسط سامانه بینایی با اطلاعات سیستم ناوبری اینرسی به کار گرفته می­شود. بدین ترتیب، همزمان با ارتقاء دقت سیستم ناوبری، امکان دستیابی به تقریب مناسبی از جابجایی دوربین در بازه­ های زمانی میان فریم­ های تصویر فراهم می­شود. بکارگیری این تقریب به عنوان نقطه شروع، باعث همگرایی روش حداقل مربعات بازگشتی به پاسخ مورد قبول از میان پاسخ ­های ممکن برای مساله می­شود. برای نمایش کارایی روش پیشنهادی، بازگشت یک فضاپیمای نوعی و تصاویر دوربین نصب شده بر روی آن شبیه ­سازی می­شود. خطای سنسورهای اینرسی مدل­سازی شده­ اند. بنابراین سیستم ناوبری اینرسی سرعت، موقعیت و وضعیت فضاپیما را با خطا گزارش می­کند. با ردیابی شاخصه­ های تصویری مناسب و تعیین مختصات نقاط شاخص از پیش ­نگاشت­ یافته در تصویر دوربین، خطای سیستم ناوبری اینرسی تخمین ­زده شده و  اصلاح می­گردد. صحه­ گذاری بر نتایج، از طریق مقایسه آن­ها با مقادیر حاصل از حل معادلات شش درجه آزادی حرکت به عنوان مقادیر صحیح و بدون خطا انجام می­شود. نتایج نشان می­دهند که در سناریوی تعریف شده برای بازگشت فضاپیما و به ازای مشخصات درنظر گرفته شده برای دوربین و سنسورهای اینرسی، دقت  ۰۲/۰ متر بر ثانیه، ۵ متر و  ۰۱/۰ درجه به ترتیب در تعیین سرعت، موقعیت و وضعیت قابل دستیابی است، ضمن این که دقت حاصل از بکارگیری سامانه بینایی، مستقل از زمان پرواز،  دینامیک پرنده و سایر عوامل موثر بر دقت سیستم ناوبری اینرسی است.