导弹作为现代战争中的重要远程打击手段以及战略威胁武器的载体之一,是我国国防力量构成中的重要组成部分。导弹装填是导弹生产制造过程中的重要环节,其任务是将导弹装配到弹筒中。如何精确地将弹筒与导弹轨道架对接是一个关键问题。目前国内的导弹装填工作主要还是通过手工方式对简单的工装机构进行调整,由人推动架车进行最终的对接。这对工人的技术水平有着极高的要求,特别对于大型导弹的装填,时间消耗很长。随着计算机视觉技术的发展,有越来越多的计算机视觉算法运用到了工业生产中。因此,如果能够研发出一种自动化的导弹装填方法将极大地提高导弹装配生产效率。这对于我国国防事业的发展具有重大意义。本课题对弹筒与导弹轨道架之间的相对位姿测量方法进行研究与实现。本文提出了一种基于固定靶标的单目视觉相对位姿测量方法,使用较少的硬件资源进行高精度的相对位姿实时测量。研究内容主要包括:1.靶标设计。首先基于应用平台的硬件特点和相对测量的性能要求设计了一种环形靶标。为了规避在复杂照明条件下检测圆环边缘点精确位置这一难题,在圆环边缘上设计了一系列角点特征作为检测目标,使用这些角点能够以较高精度拟合得到内外椭圆。2.靶标平面特征点提取与跟踪方法。首先使用Hough梯度法对圆环中心进行粗定位;然后,检测角点特征的子像素级位置并使用RANSAC方法筛选特征点。设计目标跟踪方法,对比导弹轨道架向弹筒平移过程中,模板匹配法与基于图像金字塔的L-K光流跟踪法在实际应用中的效果,最终选用光流跟踪法对目标进行跟踪。3.使用一种基于四共线点交比不变性的环形建模方法解决环形目标的相对位姿解算问题。首先使用检测到的角点特征拟合得到内外椭圆;然后,根据四共线点交比不变性质,计算靶标中心在图像中的投影点位置;最后,利用靶标中心的投影点位置,使用环形建模方法计算靶标中心和圆环边缘点的空间位置,进而解算得到相对位姿,对测量结果进行卡尔曼滤波以提高测量结果的稳定性。本文为了验证方法的可行性以及满足实时性、稳定性以及精度等技术指标的要求,设计并完成了仿真实验以及物理实验。实验结果表明,系统在5-10cm的工作范围内达到了毫米级位置精度,处理时间小于100ms,具有对光照变化的适应性,测量结果稳定,满足实际应用需求。