基于序列图像的空间目标三维重建

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1、2016年2月北京航空航天大学学报February2016第42卷第2期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．42No．2http：ffbhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2015．0117基于序列图像的空间目标三维重建张浩鹏1’2一，魏全茂L2，张威3，吴俊峰1”，姜志国1’2(I，jE京航空航天大学宇航学院，北京100083；2．北京航空航天大

2、学数字媒体北京市重点实验室，北京100083；3．酒泉卫星发射中心，酒泉732750)摘要：空间目标三维重建对空间态势感知和理论研究具有重要意义。针对空间目标图像存在的由纹理重复导致的错误重建问题，提出了一种新的基于运动信息恢复三维场景结构策略。该策略将序列目标图像的成像时间顺序作为先验信息，顺序地加入新图像进行迭代，以避免因目标结构对称、纹理重复所导致的重建错误。同时针对空间目标成像数据匮乏的问题，进行了空间目标图像仿真，并开展了空间目标地面模拟成像实验研究。结果表明：运动分析结果精确，对噪声有较强的鲁棒性

3、，恢复出的目标三维点云能在一定程度上表达目标的结构信息。同时给出了进行空间目标三维重建时图像序列应满足的边界条件。关键词：空间目标；三维重建；运动法；图像仿真；序列图像中图分类号：V19；TP391．4文献标识码：A文章编号：1001—5965(2016)02-0273-07空间目标的分类、识别对空间态势感知和空间安全具有重要的实际意义。利用天基监视系统获取的空间目标可见光图像序列，可以对空间目标进行三维重建，恢复目标的三维信息，从而加深对空间目标的认识。同时基于序列图像的三维重建方法也是计算机视觉的经典问题

4、，其一直是研究的热点。因此，研究空间目标三维重建问题，不仅具有理论价值，还具有重要的实际工程意义。20世纪90年代初，关于立体视觉的研究开始趋于成熟。1992年，卡内基梅隆大学Tomasi和Kanade⋯在假定相机为正交投影模型的条件下，利用仿射分解的方法构建了第一个基于图像的三维重构系统。Shum等旧1、Cipolla等¨1通过人为确定几何约束的方法分别提出了2种人工交互的三维重建系统。Pritchett和Zisserman”。、Faugeras等¨o分别利用分层重建的思想，完成了视觉导航系统和对建筑物的三

5、维重建。21世纪以来，运动法(StructureFromMotion，SFM)成为了基于序列图像三维重建的主流方法。基于SFM方法，Nist6r¨’81开发了基于未标定视频序列的自动稠密重构系统；Pollefeys等一。¨开发并完善了基于连续拍摄的图像序列的三维场景自动建模系统；Snavely等¨2。”1开发了PhotoTourism和Photosynth2个三维重建系统。在SFM方法中，集束调整(BundleAdjustment，BA)技术¨41是一个重要的优化方法，而针对集束调整方法运算量大、不适于大规模

6、重建的问题，又有研究者分别提出了稀疏集束调整(SparseBundleAdjustment，SBA)¨纠等改进方法。在稠密重建方法中，Furukawa和Ponce016]提出的基于面片的多视几何重建(Path—basedMulti．ViewStereo，PMVS)算法利用立体匹配技术在目标的表面生成一层稠密的面片，能够很好地表达目标的三维结构及细节。针对空间目标三维重建的研究少有公开报收稿日期：2015-03-06；录用日期：2015-06-05；网络出版时间：2015-07一1511：50网络出版地址：WW

7、W．cnki．net／kems／detail／l1．2625．V．20150715．1150．001，html基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金(YwF-14-RSC—115)；国家自然科学基金(61371134，61071137)+通讯作者：Tel．：010-82338061E-maill：zhanghaopeng@buaa．edu．ell引用格式：张浩鹧，魏全茂，张威，等．基于序列图馕的空闻目标三维重建fJJ．北京航空航天大学学报，2016，42但)：273-279．ZHANGftP，WEIQM，Z

8、HANGⅣ，eta1．Sequential—image—basedspaceobject3DreconstructionfJJJournalofBeijingUniver-sityofAeronauticsandAstronautics，2016，42f2)：273—279(inChinese)．274北京航空航天大学学报2016正道，尚处于起步阶段。国内方面，傅丹Ⅲ1针对空间目标中存在的大量直线元