空間運動目標姿態(tài)光學測量方法研究.pdf

1、空間運動目標的三維姿態(tài)是反映其空間運動狀態(tài)的重要參數(shù)，在實際應用中對各種飛行器設計、試驗鑒定和故障分析等具有重要的實用價值和現(xiàn)實意義。因此對空間運動目標三維姿態(tài)的測量十分重要。由于光學測量是非接觸全場測量，具有簡單方便、穩(wěn)定可靠和成本低廉等優(yōu)點，因而研究光測圖像處理技術以及在此基礎上實現(xiàn)空間運動目標的三維姿態(tài)測量成為重要的研究課題。
　　本文首先分析了課題的全局需要，為了更好地實現(xiàn)后續(xù)空間運動目標的光學測量，在對常用圖像預處理方法

2、進行對比研究的基礎上，選擇并實現(xiàn)了基于總變分去噪的圖像平滑去噪、基于對稱差分法的圖像動態(tài)窗口處理、基于Canny算子的圖像邊緣提取以及基于Z-S算法的圖像邊緣細化等一系列適用于課題實際需要的圖像預處理方法。
　　論文隨后在分析了圖像分割方法之后深入研究了基于偏微分方程和水平集方法的曲線演化理論，在此基礎上研究并實現(xiàn)了一種基于水平集方法的改進測地線活動輪廓模型(GAC)。改進 GAC算法的實現(xiàn)過程是：首先在曲線演化的快速水平集方法的

3、基礎上得到幾何封閉曲線的一個嵌入函數(shù)并構造相應的能量泛函，然后在窄帶內用變分法求出泛函的梯度下降流，從而得到關于嵌入函數(shù)的演化方程，迭代這個方程就能使零水平集曲線輪廓逼近到目標邊緣實現(xiàn)圖像分割。實驗結果表明，本算法較好地實現(xiàn)了低對比度靜態(tài)圖像中目標的分割；在包含空間運動目標的動態(tài)窗口內也能實現(xiàn)動態(tài)圖像分割，從而滿足了課題的要求，為后續(xù)空間運動目標三維姿態(tài)測量提供技術基礎。
　　論文最后深入分析了當前單站法實現(xiàn)空間運動目標三維姿態(tài)測

4、量的常用方法，并結合課題實際，提出了一種基于 Hough變換測量空間運動目標俯仰角的改進測量方法，該方法有效地提高了俯仰角測量的精度、速度和抗干擾能力；論文同時探索了一種基于慣量橢圓法測量空間運動目標偏航角的測量方法，該方法把改進的GAC目標分割結果應用到目標的慣量橢圓計算之中，提高了偏航角測量的精度和魯棒性。實驗結果表明：俯仰角的測量方法穩(wěn)定可靠且兼具測量精度高和運算量較小的優(yōu)點，能很好地滿足課題需要；偏航角的測量方法原理上可行，能基