基于OpenCV的航天器自主对接算法原型

南加州大学SURE项目学生开发算法原型助力航天器对接自动化作为在新泽西州长大、并在加拿大就读寄宿学校的学生Derek Chibuzor年少时经常乘坐飞机。这段旅行经历激发了他对飞行的持久兴趣。进入南加州大学后Chibuzor选择主修航空航天工程。Chibuzor曾就读于加拿大安大略省著名的Ridley College寄宿学校参与了一项侧重STEM的国际文凭课程。从Ridley毕业后他曾考虑成为一名战斗机飞行员但最终选择了南加州大学的航空航天工程专业——部分原因在于这能为他未来进入大型航空航天公司实习提供机会。他的经历已经超越了课堂。通过2022年一项独特的暑期研究奖学金当时还是本科生的Chibuzor获得了开展实际研究的经验这项研究可能有助于改变航天器相互对接的方式。Chibuzor是参加某机构资助的暑期本科生研究体验项目的数十名学生之一。该项目为来自历史上代表性不足背景的学生提供在顶尖大学包括南加州大学进行独特研究的机会。作为2022年该项目的成员Chibuzor在大学一年级后的暑假在南加州大学空间工程研究中心参与了一个研究项目并参观了某机构的办公地点。作为项目的一部分他还接受了某机构副总裁兼杰出科学家以及南加州大学名誉教授的指导。“给我印象最深的是他对知识的渴求”该指导教授说“他是一名航空航天专业的学生但他想了解大语言模型想了解计算机科学——他真的想了解一切。”曾担任南加州大学计算机科学系主任的指导教授能够就“他在攻读航空航天工程和计算机科学双学位时可以遵循的一系列不同选择”向Chibuzor提供建议。“我一直对航空航天和工程充满热情。但我认为SURE项目让我认识到我也对计算机科学和计算机工程感兴趣”Chibuzor说。宝贵的研究经验在南加州大学2022年SURE项目期间该项目在空间工程研究中心进行隶属于该校信息科学研究所并与维特比工程学院有合作Chibuzor参与了一个名为“CLING-ERS”的项目。该项目的目标是开发一种用于国际空间站的自主航天器对接方案。Chibuzor后来与另外两名实习生一起承担了这一具有挑战性的任务他负责开发一种计算机视觉算法。“为了实现自主交会对接每个CLING-ERS设备都配备了一个红外摄像头和一组四个红外LED”Chibuzor解释说。“通过检测对方设备上红外LED的位置和方向每个CLING-ERS设备能够确定自身相对于另一设备的的位置、姿态和距离——从而使两者能够相互靠近并完成对接。为了促进这种红外LED检测我的团队使用OpenCV开发了一种计算机视觉算法。”团队利用了SimpleBlobDetector这是一种可以提取斑点的工具——斑点是图像中在亮度或颜色方面与其他区域不同的区域。“在对接时每个CLING-ERS设备的红外摄像头会捕捉对方设备上红外LED的实时视频”他指出。“我们的算法随后可以持续分析这个实时视频以确定四个红外LED的位置、姿态和距离。”“由于几个原因这被证明具有挑战性但其中一个更有趣的问题涉及镜头眩光”他继续说道。“随着CLING-ERS接近对接镜头眩光导致红外LED发出的光线的形状从圆形扭曲为矩形——这在近距离限制了算法的有效性。为了解决这个问题我们开发了一个功能随着对接的进行动态调整算法的检测约束条件。”Chibuzor和他的团队于2022年8月向SURE的教师团队和他们的实习生同伴展示了他们的研究和原型解决方案。扩大STEM领域的代表性Chibuzor作为南加州大学SURE实习生的经历展示了让来自代表性不足群体的本科生接触真实世界科学研究以及某机构创新文化的潜力。“某机构在南加州大学的SURE项目旨在完成多样化STEM学生人才渠道的使命专注于一系列项目包括机器学习、人工智能以及某机构重点关注的其他领域”南加州大学维特比工程学院维特比学术服务部副主任兼学院SURE项目负责人表示。“在某机构合作之前我们在南加州大学有一个较小的SURE项目但感谢某机构的捐赠和赞助我们能够将参与该项目的学生人数增加了两倍。”“SURE项目旨在有意识地关注我们社区中广泛领域内的人才并理解我们如何才能更好地意识到这些人才同时帮助这些学生认识到他们的才能对像某机构这样的公司是有用的”指导教授补充道。每年南加州大学的教师志愿者都会在夏季接待SURE项目的学生。学生根据个人兴趣和学术兴趣申请项目。然后南加州大学的教师和项目负责人共同合作根据学生的背景和研究潜力选择与教师项目匹配良好的学生。被录取的学生将进行为期八周的研究项目并为SURE项目的教师和实习生同伴准备海报展示。他们还参加每周的职业发展活动参加每周的午餐学习会以了解研究生奖学金机会并参加周末社交活动以建立关系、拓展人脉和探索当地环境。该研究项目包括参观某机构当地办公室并接受某机构员工直接指导的机会。“SURE项目以及某机构的参与有助于实现更广泛的社会目标即在解决我们在世界上遇到的STEM问题时增加代表性”项目负责人说。“学生可以看到未来在STEM领域的可能是什么样子——无论是在学术界还是工业界。”“对像Derek这样的许多SURE学生来说这通常是他们的第一次或第二次研究经历”他继续说道。“因此该项目的很大一部分旨在让他们熟悉研究环境并让他们接触真实世界的研究项目。”“虽然我一直对计算机和计算机编程感兴趣但SURE项目真的很棒因为我得以在一个专业的研究环境中接触到一个航空航天研究项目”Chibuzor同意道。SURE项目还帮助学生理解研究中反复试验的迭代性质。“这个项目很大程度上是关于培养那种内在动力让他们渴望学习并克服在创新和尝试新事物时总会出现的障碍”项目负责人说。作为SURE项目的一部分Chibuzor还参观了某机构的卡尔弗城办公室——与员工会面听取来自某机构和学术界的特邀演讲者发言并沉浸在“某机构”的环境中。“我自己也曾是一名学生作为学生你对职场和你可能置身的环境的视野非常有限”指导教授评论道。“SURE项目以对这些学生有用的方式打开了了解某机构经历的窗口。”2023年夏天Chibuzor通过在某机构的第二次实习进一步加深了他在航空航天工程方面的经验。Chibuzor最近被南加州大学工程学院研究生院录取攻读电气工程硕士学位重点是机器学习和数据科学。长期来看他希望锻炼自己的创业能力创办一家新企业或初创公司。“SURE实习让我接触到了大量的计算机科学和计算机工程激发了我进一步深造并创造属于自己东西的兴趣”他说。FINISHED更多精彩内容 请关注我的个人公众号 公众号办公AI智能小助手或者 我的个人博客 https://blog.qife122.com/对网络安全、黑客技术感兴趣的朋友可以关注我的安全公众号网络安全技术点滴分享