基于高分辨图像序列的目标三维重构及姿态估计研究

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1、硕士学位论文基于高分辨图像序列的目标三维重构及姿态估计研究THREE-DIMENSIONALRECONSTRUCTIONANDATTITUDEESTIMATIONBASEONHIGHRESOLUTIONIMAGESEQUENCES张亚洲哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TN957.51学校代码：10213国际图书分类号：621.396.962密级：公开理学硕士学位论文基于高分辨图像序列的目标三维重构及姿态估计研究硕士研究生：张亚洲导师：张海莹副教授申请学位：理学硕士学科、专业：应用数学所在单位：理学院答辩日期：2018年6月授予学位单位

2、：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex：TN957.51U.D.C.:621.396.962DissertationfortheMaster’sDegreeinScienceTHREE-DIMENSIONALRECONSTRUCTIONANDATTITUDEESTIMATIONBASEONHIGHRESOLUTIONIMAGESEQUENCESCandidate:ZhangYazhouSupervisor:A.Prof.ZhangHaiyingAcademicDegreeAppliedfor:MasterofScienceSpecialt

3、y:AppliedMathematicsAffiliation:CollegeofScienceDateofDefence:June,2018Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学理学硕士学位论文摘要逆合成孔径雷达（ISAR，Inversesyntheticapertureradar）是一种高分辨成像设备，可以主动地、实时地、全天时全天候地对小型目标，如飞机、导弹、卫星等进行探测、识别和监视。如何从高分辨成像的二维信息得到观测目标的三维信息，很大程度上支持了

4、基于逆合成孔径雷达所获数据的决策制定。本文完成了基于高分辨图像序列的重点目标三维重构，并进一步完成了对三维重点目标的姿态估计研究。本文首先结合国家安全、空天安全问题，介绍本文的研究背景，说明课题的研究意义。通过对角点检测、三维重构以及姿态估计的研究现状进行分析，奠定了本文开展研究的基础。考虑到成像设备和ISAR成像方式的固有特点，有针对地开展了基于高分辨图像预处理操作。雷达成像原理的特殊性导致了图像噪声的特殊性，本文利用中值滤波抑制图像中的斑点噪声。远距离的观测成像，必然会出现图像局部模糊、断裂、粘连的现象。为获得更好效果的二维图像信息，本文采用

5、数学形态学原理对图像进行“补缺去余”运算。接着，主要采用SIFT算法对图像的特征点进行提取和匹配。经过对图像特征的提取与匹配后，得到ISAR序列图像中的鲁棒特征。本文采用目前主流的因子分解法，对重点目标的二维图像和三维点云建立联系，实现基于序列图像特征的三维目标重构。在姿态估计部分，本文首先建立重点目标的三维姿态信息数据库，每一幅图像都含有拍摄此图像时的三维姿态信息。定义相似度和设定阈值，对某时刻的重点目标进行姿态估计。把当时时刻的目标成像和数据库中的图像进行匹配，根据数据库中的图像估计重点目标的三维姿态。本文完成了基于图像序列的重点目标三维姿态

6、估计仿真实验，并提出双层估计的算法，以达到快速、准备、高效率的估计目的。关键词：图像预处理；姿态估计；三维重构；因子分解法；SIFT算法-I-哈尔滨工业大学理学硕士学位论文AbstractISAR(Inversesyntheticapertureradar)isahighresolutionimagingdevice,whichcandetect,recognizeandmonitorsmalltargets,suchasaircraft,missilesandsatellitesalldaylong,actively,real-timeanda

7、llday.Howtoobtainthethree-dimensionalinformationoftheobservedtargetfromthetwo-dimensionalinformationofhighresolutionimagingsupportsthedecisionmakingbasedonthedataobtainedbytheinversesyntheticapertureradar(SAR).Inthispaper,threedimensionalreconstructionofkeytargetsbasedonhigh-

8、resolutionimagesequencesiscompleted,andtheattitudeestimationof3Dfocu