由图像信息恢复小行星三维形貌的研究

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1、中图分类号：TP391论文编号：10006SY0815134硕士学位论文由图像信息恢复小行星三维形貌的研究作者姓名张万威学科专业控制科学与工程指导教师胡维多教授培养院系宇航学院Studyonthethree-dimensionalsurfacetopographyofasteroidsreconstructionfromimageinformationADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ZhangWanweiSupervisor：Prof.HuWeiduoSchoolofAstronauticsBe

2、ihangUniversity,Beijing,China中图分类号：TP391论文编号：10006SY0815134硕士学位论文由图像信息恢复小行星三维形貌的研究作者姓名张万威申请学位级别工学硕士指导教师姓名胡维多职称教授学科专业控制科学与工程研究方向小行星深空探测学习时间自2008年9月16日起至2010年12月13日止论文提交日期2010年12月13日论文答辩日期2010年12月24日学位授予单位北京航空航天大学学位授予日期年月日关于学位论文的独创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的成果，论文中有关资料和数据是实事求是

3、的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外，本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得北京航空航天大学或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文使用授权书本人完全同意北京航空航天大学有权使用本学位论文（包括但不限于其印刷版和电子版），使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门（机构）送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、借阅和复印，将学位论文的全部或

4、部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、缩印或其他复制手段保存学位论文。保密学位论文在解密后的使用授权同上。学位论文作者签名：日期：年月日指导教师签名：日期：年月日摘要小行星探测将是未来深空探测任务的重点方向之一。而小行星立体模型的确定是小行星探测首要解决的基础研究之一，小行星表面三维地形研究始终占有重要位置。为进一步的小行星探测如自主导航、软着陆提供相关数据支持。本论文的主要工作有：首先，对同一幅小行星图像用Moravec、Forstner、KLT、Harris四种特征点提取算法进行了特征点提取，从特征提取速度和效果比较可知，Harris算子是非常稳定的一种特征

5、提取算子，不受图像旋转、灰度变化的影响，对噪声有很好的抑制效果，Harris特征点提取算法能很好的提取小行星地表特征图像陨石坑、大石块之类的自然特征点，对后续的匹配工作有很大帮助。其次，实现了四种特征匹配算法：归一化互相关匹配算法、最小平方差算法、最小绝对值算法、基于不变矩匹配算法。用Matlab的GUI图形程序界面设计了小行星序列图像检测与匹配软件。再次，对得到的匹配点集分别用线性方法、非线性方法、鲁棒方法对描述了两幅图像之间的关系的基本矩阵进行求解，通过对三种方法求解的结果进行了分析比较表明：鲁棒方法有更好的求解精度。最后，鉴于小行星自身特点，研究了一种基于目标

6、小行星图像特征库的特征点重建方法，首先建立着陆区图像特征库，随后提取下降过程中拍摄图像序列特征点，用基于图像不变矩匹配的算法与图像数据库进行匹配，得到图像序列间特征点匹配点集，在一定程度上的解决了小行星形状大小并不规则，自转速度快周期较短，表面地形光照分布不均匀且受光照条件影响较大，特征点较难跟踪，容易溢出导航相机视野的情况。最后用计算机视觉原理从运动恢复结构实现了匹配特征点的三维点重建。仿真显示了特征点重建效果比较合理。关键词：小行星；图像特征库；计算机视觉；特征点重建IAbstractAsteroidexplorationisoneofthedeepspacee

7、xplorationmissionsinthefuture.Thethree-dimensionalmodeloftheasteroidisoneofthebasicresearchwhichfirsttobesolvedforasteroidexploration,three-dimensionaltopographyoftheasteroidsurface,whichproviderelevantdatatofurtherprobetheasteroidsuchasautonomousnavigationandsoftlanding,alwaysoccupi