基于视觉的目标位姿（位置和姿态）测量是光电精密测量技术领域重点研究的前沿方向，在空间操作、工业制造、机器人导航等领域扮演着举足轻重的角色。尤其在空间领域中，目标位姿的准确测量是直接关系到空间任务成功与否的一项重要工作。当前针对合作目标的位姿测量技术已经比较成熟，已经广泛应用于工业、医疗以及航天领域中。然而，由于大多数目标缺乏合作目标的先验信息，使得对这些没有合作信息的目标进行位姿测量极具挑战。
近日，在国家自然基金和中科院青年创新促进会的支持下，针对任意不具有合作信息的目标，光电所空天光电技术事业部赵汝进博士带领的视觉测量研究小组，提出了一种基于旋转参数的高精度位姿测量方法。该方法首先利用Cayley-Gibbs-Rodriguez (CGR)对旋转矩阵进行参数化，然后将位姿测量问题转化为旋转参数的最优化问题，最后利用自动求解Gr？bner基方法对旋转参数这一最优化问题进行求解，实现了针对任意数量特征点在不同排布下的位姿测量。相比传统位姿测量方法，该方法通用性更强且精度得到近一步提高。该项研究成果有望应用在未来的空间任意目标测量任务中，也可推广应用在工业制造，医疗辅助、机器人导航等领域。
仿真实验和实际实验验证了所提出算法的有效性和鲁棒性。图1是仿真实验误差比较，图2是实际图片位姿测量结果。
相关研究成果发表在Elsevier旗下的著名测量期刊《Measurement》上，论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S026322411830099X
图1 不同配置的平均旋转和位移误差的比较：（a）普通三维情况；（b）准奇异情况；（c）平面情况
图2 实际图片的位姿测量结果（其中绿色标志“+”为匹配异常值，红色标记“+”是特征点集，而利用所提出的算法得到的目标姿态对目标进行重投影后的点标记为蓝色 “o”。）