Structure from Motion-based Motion Estimation and 3D Reconstruction of Unknown Shaped Space Debris

要約

ここ数十年、宇宙船の打ち上げ数が増加するにつれ、スペースデブリ問題は日々重大さを増している。持続可能な宇宙利用のためには、スペースデブリの継続的な除去が人類にとって最も深刻な問題である。軌道上でのデブリ捕獲ミッションの信頼性を最大化するためには、ターゲットの正確な運動推定が不可欠である。スペースデブリは姿勢制御や軌道制御能力を失い、その形状は破損により未知である。本論文では、限られたリソースで未知の形状のスペースデブリの動き推定を行うために、2次元画像のみを入力として必要とするStructure from Motionベースのアルゴリズムを提案する。本手法は、未知の物体の再構築された形状と、ターゲットとカメラ間の相対姿勢軌跡を同時に出力し、ターゲットの動きを推定するために利用される。本手法は、2次元空中浮遊テストベッドと3次元運動学シミュレーションで微小重力実験により生成された現実的な画像データセットを用いて定量的に検証される。

要約(オリジナル)

With the boost in the number of spacecraft launches in the current decades, the space debris problem is daily becoming significantly crucial. For sustainable space utilization, the continuous removal of space debris is the most severe problem for humanity. To maximize the reliability of the debris capture mission in orbit, accurate motion estimation of the target is essential. Space debris has lost its attitude and orbit control capabilities, and its shape is unknown due to the break. This paper proposes the Structure from Motion-based algorithm to perform unknown shaped space debris motion estimation with limited resources, where only 2D images are required as input. The method then outputs the reconstructed shape of the unknown object and the relative pose trajectory between the target and the camera simultaneously, which are exploited to estimate the target’s motion. The method is quantitatively validated with the realistic image dataset generated by the microgravity experiment in a 2D air-floating testbed and 3D kinematic simulation.

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