高级空间视觉系统

高级空间视觉系统，也称为空间视觉系统或SVS，是一种计算机视觉和测量系统，主要为了支持国际空间站的装配和维护工作而创建。它解决了传统太空图像的一个基本限制：普通的二维相机不能直接提供可靠的深度信息。这个问题在轨道上尤其严重，因为宇航员和机器人操作员必须围绕大型结构工作，而观察窗口相对较少，阳光和阴影之间的对比度强烈，眩光可能掩盖硬件的外形和位置。 SVS通过将标准相机的图像与放置在观察对象上的合作目标相结合，获取三维相对位置信息。目标使用二氧化硅和因科镍合金薄膜层叠形成干涉堆栈，具有极低的电磁反射率。因此，它们在图像中呈现为极暗的点，并且可以在有效载荷上保持相对不显眼。多个目标，凭借其已知的几何关系，使系统能够实时三角测量物体的位置和姿态。这种方法将普通的相机视图转变为导航和装配辅助工具，而无需在每个观察点都使用立体相机。 基础技术工作始于20世纪70年代加拿大国家研究委员会，最初与汽车碰撞研究有关。1990年，开发工作转移到位于渥太华卡纳塔的小型技术公司Neptec Design Group。加拿大航天局参与了开发和部署的多个阶段，包括在蒙特利尔附近的约翰·H·查普曼航天中心使用模拟器进行宇航员培训。 该系统运行在Neptec的高级视觉单元处理平台上。该平台处理视频路由、图像处理算法、视频叠加和用户界面。其软件环境使用QNX实时操作系统和Photon图形界面，界面根据宇航员的操作需求和工作习惯进行了调整。该技术的早期形式于1992年10月在航天飞机任务STS-52上进行了测试。高级版本于1995年11月在STS-74上进行了测试，随后该系统被用于航天飞机任务以及国际空间站的装配和维护活动。可用的参考资料未指明独立的面向消费者的业务、当前商业所有者或系统当前的运营状态。

高级空间视觉系统源于加拿大在机器视觉和几何测量方面的研究。其最早的元素是在20世纪70年代由加拿大国家研究委员会为汽车碰撞研究而开发的。这一起源意义重大，因为该技术的核心挑战——从相机图像中确定物体的位置和运动——既可以应用于动态的地面事件，也可以应用于受控但视觉上困难的轨道操作。 1990年，开发工作从国家研究委员会转移到位于渥太华郊区卡纳塔的商业技术公司Neptec Design Group。Neptec将基本概念适应于太空飞行的要求，在太空中普通相机很多，但直接深度感知有限。航天飞机和国际空间站只提供了有限的有用观察位置，而阳光、眩光和深阴影产生的图像条件可能使边缘和距离难以判断。这些限制使得计算机辅助的三维测量对于大型轨道结构的建造和维护非常有价值。 该系统的解决方案是在相关有效载荷和结构上放置合作光学目标。目标由二氧化硅和因科镍合金薄膜层叠形成干涉堆栈。它们的反射率极低，在图像中呈现几乎黑色，使它们成为可识别的测量参考点，而不会成为有效载荷的视觉突出组件。系统至少需要三个目标来计算相关几何。通过将目标的已知位置与位于航天飞机货舱、加拿大臂或空间站上的相机图像相结合，系统可以实时计算物体的三维相对位置。 软件和处理架构在Neptec的高级视觉单元上实现。该平台提供视频路由、算法执行、视频叠加和操作员界面。系统使用类Unix、符合POSIX标准的QNX实时操作系统及其Photon窗口环境。界面被定制为对宇航员可靠且简单，他们的工作需要直接操作和快速解释，而不是通用的桌面环境。 加拿大航天局在多个阶段参与了开发和部署。它还支持在蒙特利尔附近的约翰·H·查普曼航天中心的总部使用模拟器进行培训。该系统的早期形式于1992年10月在航天飞机任务STS-52上首次进行了太空测试。更高级的版本于1995年11月在STS-74上进行了测试。根据参考描述，该系统随后在后续航天飞机飞行中成功使用，并从1997年起应用于国际空间站的装配和维护。 可用材料主要将系统描述为一种航空航天技术，而不是传统的独立商业品牌。它没有提供该命名系统的成立日期，没有确定创始人或高管，没有说明当前的公司所有者，也没有确定系统今天是否仍在运行。其记录在案的历史重要性在于展示了合作目标和实时计算机视觉如何扩展普通二维相机在复杂轨道建造和维护任务中的实用性。

• 1997

  使用扩展到国际空间站操作

  [1]Advanced Space Vision Systemen.wikipedia.org

  在航天飞机飞行中成功使用后，该系统开始用于国际空间站的装配和维护。

• 1995

  高级版本在STS-74上测试

  [1]Advanced Space Vision Systemen.wikipedia.org

  该系统的先进版本于1995年11月在航天飞机任务STS-74期间进行了测试。

• 1992

  早期系统在STS-52上测试

  [1]Advanced Space Vision Systemen.wikipedia.org

  该视觉系统的早期形式于1992年10月在航天飞机任务STS-52期间进行了测试。

• 1990

  开发转移到Neptec Design Group

  [1]Advanced Space Vision Systemen.wikipedia.org

  开发从加拿大国家研究委员会转移到位于渥太华卡纳塔的Neptec Design Group，该公司将该技术适应于太空应用。

• 1970

  加拿大国家研究委员会开始基础研究

  [1]Advanced Space Vision Systemen.wikipedia.org

  后来为空间视觉系统做出贡献的基本技术要素是在分析汽车碰撞的研究中设计的。

一种专业的航空航天感知和测量系统，旨在利用传统相机和合作目标，为机器人和人类太空装配操作提供实时三维相对位置数据。

• 航空航天计算机视觉系统

  高级空间视觉系统

  核心SVS结合了传统相机、合作光学目标、几何校准和实时图像处理，以计算轨道硬件的三维相对位置。相机可以位于航天飞机有效载荷舱、加拿大臂或国际空间站上。该系统旨在提高装配和维护操作的准确性和安全性，在这些操作中，直接立体观察不可用或受到眩光和极端明暗对比的影响。

• 航天测量组件

  合作光学目标

  SVS目标使用二氧化硅和因科镍合金薄膜层叠形成干涉堆栈。它们的反射率极低，在相机图像中呈现为异常暗的点。以已知配置安装，通常至少需要三个目标进行相关计算，它们提供了可识别的参考点，系统可以从中推导出物体的位置和姿态。

• 实时视觉处理平台

  高级视觉单元

  Neptec的高级视觉单元作为系统的处理平台。它支持视频路由、计算机视觉算法处理、视频叠加和操作员界面。该平台使用QNX实时操作系统和Photon窗口界面，交互设计适应了宇航员的操作需求和工作习惯。

1. 1Advanced Space Vision Systemen.wikipedia.org