基于序列图像的空间非合作目标三维重建方法与精度分析

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1、硕士学位论文基于序列图像的空间非合作目标三维重建方法与精度分析RESEARCHON3DRECONSTRUCTIONMETHODANDPRECISIONANALYSISFORNON-COOPERATIVESPACETARGETSUSINGIMAGESEQUENCES揭昭斌哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：V448.22学校代码：10213国际图书分类号：629.78密级：公开工程硕士学位论文基于序列图像的空间非合作目标三维重建方法与精度分析硕士研究生：揭昭斌导师：张泽旭教授申请学位：工程硕士学科、专业：航天工程所在单位：飞行器动力学与控制研究所答辩日期：2016年6月授

2、予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V448.22U.D.C:629.78DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHON3DRECONSTRUCTIONMETHODANDPRECISIONANALYSISFORNON-COOPERATIVESPACETARGETSUSINGIMAGESEQUENCESCandidate：JieZhaobinSupervisor：Prof.ZhangZexuAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：

3、AerospaceEngineeringAffiliation：SpacecraftDynamicsandControlInstituteDateofDefence：June,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要以维修高轨故障卫星和拖拽移除废弃目标任务为目的的空间在轨服务相关技术，已经成为了各国的研究热点。在轨服务通常需获取目标的三维结构模型和尺寸，来判别目标上合适的抓捕部位、识别对接和维修部位，这直接决定着抓捕、对接、维修等操作的成败。然而，大多数在轨卫星对

4、服务航天器来说，接受服务的在轨卫星是非合作目标。因此，要实现真正的空间在轨服务，必须解决非合作目标的三维结构模型重建问题。基于单目视觉的三维重建方法多数用于处理地面场景的目标三维重建，考虑到空间环境和非合作目标的特殊性，目标图像的特征点提取与匹配要求很高，同时非合作目标的三维重建精度是任务设计者最为关键的问题，也是指导任务方案设计和硬件选型的重要依据，直接影响到后续任务能否成功实施。目前尚未见到全面分析各因素影响和误差传播机理的研究成果，研究重建误差传播机理，分析主要误差来源，构建一套由重建精度要求反演硬件配置和任务方案设计的方法和流程显得至关重要。本论文的工作主要包括：第一，

5、从序列图像获取出发，详述空间非合作目标的特征点提取与匹配方法，在SIFT算法的基础上，提出基于仿射优化模型的特征点匹配优化方法，同时通过仿真实验进行对比分析。第二，梳理出空间非合作目标序列图像三维点云重建方法，提出基于光束法平差优化的稀疏三维点云重建方法。第三，重点对空间非合作目标序列图像三维重建的精度进行评估，采用针孔相机模型推导法和二次投影两种方法进行系统的理论分析，同时进行实验仿真验证和结论分析。第四，对空间非合作目标序列图像进行多种方式的三维重建，从实验的角度出发得出影响三维重建结果的原因，并进行合理的分析和提出可改进的方法。-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文关键词：

6、序列图像三维重；仿射优化算法；光束法平差；针孔模型法；二次投影法；费歇尔信息矩阵法；-II-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractThein-orbitspace-relatedtechnologiesandservicesofthehighorbitmalfunctionsatelliteremovalandwasteobjectiveshasbecomeahottopicStates.Therailservicetypicallyrequiredtoobtainthree-dimensionalstructureofthetargetmodelandsize,tod

7、eterminetheappropriatecapturesitesonthetarget,identifyandrepairthedockingsitewhichdirectlydeterminesthesuccessorfailureofthearrest,docking,maintenanceandotheroperations.However,mostofthesatellitesinorbitservicingspacecraft,acceptingservicesofnon-co