Визуальные гироскопы: определение угловой скорости камеры по изображениям

08 апреля 2026 года
Тюрин Ростислав Русланович
(аспирант 3-го г. о., научный руководитель к.ф.-м.н. Бугров Д.И., , рецензенты д.ф.-м.н. Болотин Ю.В., асп. 4 г. о. Смольянов Д.И.)

Доклад посвящен исследованию методов определения угловой скорости тела, на котором установлена камера по изображениям, известных в литературе как методы визуальной гироскопии, применительно к задаче визуальной навигации мобильного робота для эксплуатации в российском сегменте Международной космической станции (МКС) в условиях невесомости. Центральной проблемой навигации в таких условиях является отсутствие опорного вектора гравитации, что существенно усложняет задачу определения ориентации и требует использования альтернативных либо дополняющих подходов.                                          

Актуальность данной тематики определяется требованиями к современным космическим системам, для которых принципиально важны несколько уровней надежности и резервирование критически важных каналов измерения. В этих условиях использование камер для оценки угловой скорости представляет практический интерес как дополнительный независимый информационный канал, повышающий надежность навигации. Визуальные методы могут применяться для верификации показаний гироскопов, компенсации ошибок инерциальных измерителей, а также для построения резервных решений в условиях частичного отказа аппаратуры.       

В докладе планируется рассмотреть эволюцию методов визуальной гироскопии без использования априорных карт сцены: от классических подходов на основе оптического потока и геометрии межкадровых соответствий до современных прямых методов. Особое внимание будет уделено тому, насколько такие методы применимы в задаче навигации робота в замкнутом внутреннем пространстве станции, а также сравнению точности различных подходов, анализу их вычислительных и практических ограничений и устойчивости к шумам, ошибкам измерений, смазыванию изображения и неблагоприятным условиям наблюдения.     

Ожидаемым результатом обзора является систематизация существующих подходов к определению угловой скорости по изображениям и выявление методов, наиболее перспективных с точки зрения применения в надежных навигационных системах космической робототехники, где визуальная оценка вращательного движения может выступать в качестве полезного дополнительного источника информации об ориентации аппарата.