图像匹配技术在火星软着陆任务中的应用研究

摘要

在火星软着陆过程中，探测器位置是实现精确着陆的重要参数，因此针对火星软着陆任务中探测器的定位技术研究具有重要意义。由于光学图像包含丰富的信息以及近年来相关视觉技术的发展使得图像匹配技术为探测器定位提供了较好的发展前景，本文主要针对图像匹配技术在火星探测器位置参数估计算法中的应用展开研究。
　　首先，对图像匹配技术所用火星着陆点卫星图像和降落相机图像的特性进行了分析，确定了本文所用的着陆点卫星图像数据和降落相机图像数据的获取方法。系统的介绍了图像匹配技术的相关理论，结合卫星图像和降落相机图像的特点确定了针对火星探测器着陆定位的图像匹配算法研究方案。
　　其次，提出了一种基于多特征融合的图像匹配算法。针对具有复杂地貌特征的火星图像利用目前常见的特征提取算法进行性能评估，选择出适用于火星图像的特征检测子和特征描述子；在此基础上结合加权融合规则提出了一种鲁棒的特征描述子。仿真实验表明多特征融合匹配算法和单一特征相比，在复杂火星环境下的匹配具有较好的鲁棒性，提高了匹配准确率。
　　然后，研究了基于多特征融合的探测器相对位置估计算法。针对相对位置估计中帧间图像匹配问题，分析了多特征和单一特征对基础矩阵估计性能的影响。结合摄像机运动模型实现了探测器相对位置估计。搭建了半物理仿真平台，通过大量的对比实验表明，本文的相对位置估计算法具有较好的定位精度。
　　最后，研究了一种相位相关匹配和多特征融合匹配相结合的探测器绝对位置估计算法。依据降落相机高度与匹配点对数量之间的关系，设计了一种分层匹配定位策略，通过上述关系来划分分层匹配区间。仿真实验表明分层匹配定位算法能够较好的解决探测器着陆过程中由于高度变化导致降落相机所拍摄图像与轨道卫星图像分辨率差异引起的匹配性能下降问题。

目录

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注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1引言

1.2国内外研究现状

1.3本文的主要研究工作

1.4本文的内容安排

第二章 图像匹配技术概述

2.1火星地表图像数据获取

2.2图像匹配技术

2.3图像匹配定位原理

2.4本文的匹配算法方案

第三章 基于多特征融合的图像匹配算法

3.1特征检测子性能评估

3.2特征描述子性能评估

3.3鲁棒特征描述子

3.4特征匹配

3.5实验分析

第四章 基于图像匹配的探测器相对位置估计

4.2相对位置参数估计

4.3实验分析

第五章 基于图像匹配的探测器绝对位置估计

5.1算法概述

5.2基于相位相关的粗匹配定位方法

5.3基于多特征融合的精匹配定位方法

5.4实验分析

第六章 总结与展望

6.1研究工作总结

6.2后续研究展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文