基于透视投影匹配的复杂刚体飞行目标三维姿态测量

摘要

目标的三维姿态参数是反映其空间运动状态的关键参数，这些参数对分析目标的运动状态，评价目标的性能，定位其故障有着重要作用。在军事领域，火炮、导弹、飞行器的飞行状态是评价其性能的重要参数之一。在靶场试验鉴定过程中，常常需要使用姿态参数外测法测量其飞行姿态数据。靶场现有的姿态外测法仅仅能够测量回转体飞行目标的姿态参数，对于复杂外形刚体飞行目标的姿态测量目前还没有一套比较完善方法。本文对单台或多台摄影经纬仪拍摄的目标飞行影像进行仿真，再将仿真影像与真实影像进行比对，从而反演出目标的飞行姿态。
　　本文主要开展了三方面研究工作：
　　首先研究了透视投影仿真平台的建立方法。对 OpenGL的透视成像与理想情况下摄影机的成像模型的之间的关系进行了分析，证明了在不考虑OpenGL的视锥体剪切的情况下，OpenGL的透视成像与理想情况下摄影机的成像模型是一致的。推导了在OpenGL中进行摄影经纬仪成像仿真的模型变换矩阵与视图变换矩阵。
　　本文在将仿真影像与真实影像进行比对时，使用了影像中的目标区域特征与外轮廓特征。本文根据对空目标影像的特点，设计了联合灰度动态阈值及梯度全局阈值的图像分割方法获取影像中的目标区域；根据基于外轮廓点集匹配的迭代优化算法对目标外轮廓的漏检与错检要求，分别设计了真实影像与模拟影像中目标外轮廓点的亚像素精度提取算法。
　　最后论文研究了飞行目标姿态测量算法。建立了一套飞行目标姿态测量的框架，该框架利用了姿态初值求解算法（即基于金字塔的区域匹配搜索算法）与姿态数据加精算法（即基于外轮廓点集匹配的迭代优化算法）的各自优点，规避了彼此的缺陷，提升了目标姿态测量的鲁棒性与精确性，但是这是以更长的耗时为代价的。本算法对单目与双目情况分别进行了讨论。通过实验可知：当算法的给定姿态初值的准确度不高时，本算法也可以将最终的姿态解算值拉入到真实值附近，且双目情况下的算法求解精度要高于单目情况。

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第1章 绪论

1.1 课题背景及目的意义

1.2 国内外研究状况

1.3 本文的主要研究内容及结构

第2章 透视投影仿真平台的建立

2.1 OpenGL成像与理想情况下摄影机的成像模型

2.2 基于OpenGL的摄影经纬仪成像仿真

2.3 OpenGL中的帧缓存对象技术

2.4 本章小结

第3章 影像中的目标区域分割及外轮廓点的亚像素精度提取

3.1 对空目标影像的特点分析

3.2 联合灰度动态阈值及梯度全局阈值的图像分割方法

3.3 影像中目标外轮廓点的亚像素精度提取

3.4 本章小结

第4章 飞行目标姿态测量算法

4.1 引言

4.2 姿态初值的求解

4.3 姿态数据的加精

4.4飞行目标姿态测量算法实验数据分析

4.5 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢