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图像制导模拟器图像生成研究

作　者: 曹丽静
导　师: 吕鸣
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 虚拟现实技术图像拼接技术 SIFT特征亮度校正球面全景图视景仿真系统
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

图像制导模拟器是用于测试图像制导武器的制导系统,以及训练使用图像制导武器的作战人员的典型装备,其中如何逼真地实现(模拟导引头获取的)目标区域图像的生成是图像制导模拟器的关键之一。图像生成有很多生成方法,主要是虚拟建模和图像拼接,图像拼接因为更具真实感而获得了更广泛的应用。因此,本文以图像制导模拟器的图像生成为研究背景,开展了基于SIFT(Scale Invariant Feature Transform)特征点的图像拼接方法、球面全景图生成等研究,并实现了图像制导模拟器的视景仿真系统。论文首先针对基于特征点匹配的图像拼接问题,详细介绍了SIFT特征的提取,阐述了基于RANSAC(random sample consensus)的图像配准算法,具体给出了图像变换矩阵的计算步骤,并提出了一种改进的Hat函数融合算法,在使用Hat函数融合之前,加入全局校正环节。将所有RGB图像转换到HSV空间,分别对图像的色度、饱和度、亮度进行调整,分别以所有图像的色度、饱和度、亮度均值为参考标准,将它们调整到了一个比较均衡的范围,再将调整后的HSV空间的图像还原成RGB格式,再用Hat函数法对调整后的图像进行融合,使得拼接结果不因采样图像存在色差而产生鬼影或模糊,并用仿真实验验证了算法的有效性。其次,为提高图像拼接的局部质量,探讨了了球面全景图生成方法。建立了球面模型,详细推导了球面坐标与平面坐标的对应关系。采用整体优化方法对用于图像配准的变换矩阵进行了修正,避免了累积误差在全景图生成中的影响。在进行图像拼接时,将改进的Hat函数法扩展成球面形式,实现了全景图的无缝融合。在上述研究的基础上,研究了图像制导模拟器的视景仿真。采用附加限制的最邻近节点查找法和适当的视景图像绘制方法,实时模拟了远程导弹进入末制导阶段的导引头获得的视景图像。可以利用该系统对控制系统进行测试,对飞行员进行训练,降低了试验成本和风险。生成实时的导引头视场图像对于成像制导研究具有重要的应用价值。

全文目录

中文摘要  9-10
ABSTRACT  10-11
第一章绪论  11-19
  1.1 引言  11
  1.2 课题研究背景及意义  11-13
  1.3 IBR 技术的研究现状和发展趋势  13-16
  1.4 论文研究重点及工作安排  16-19
    1.4.1 主要研究工作及贡献  16-17
    1.4.2 论文章节安排  17-19
第二章图像生成理论及其关键技术研究  19-37
  2.1 引言  19
  2.2 成像变换原理  19-28
    2.2.1 坐标系统  19-22
    2.2.2 成像模型  22-24
    2.2.3 图像变换模型  24-28
  2.3 图像配准技术  28-30
    2.3.1 配准原理  28-29
    2.3.2 图像配准方法  29-30
  2.4 图像融合技术  30-34
  2.5 图像配准与融合的意义及应用  34
  2.6 本章小结  34-37
第三章基于SIFT 特征的图像拼接算法  37-51
  3.1 引言  37-38
  3.2 SIFT 特征检测及描述  38-43
    3.2.1 极值点检测  38-40
    3.2.2 关键点位置及方向参数估计  40-42
    3.2.3 计算特征描述符  42-43
  3.3 图像配准算法  43-47
  3.4 图像融合算法  47-50
  3.5 本章小结  50-51
第四章基于SIFT 特征的球面全景图生成  51-61
  4.1 引言  51-52
  4.2 球面模型  52-53
  4.3 球状全景图的生成  53-60
    4.3.1 全局图像配准  53-56
    4.3.2 球面图像拼接  56-57
    4.3.3 实验结果及分析  57-60
  4.4 本章小结  60-61
第五章图像制导模拟器视景仿真系统  61-69
  5.1 引言  61
  5.2 视景仿真系统概况  61-62
  5.3 图像查找策略  62
  5.4 图像绘制策略  62-63
  5.5 系统仿真结果  63-68
    5.5.1 导弹仿真系统  63-65
    5.5.2 视景仿真系统  65-68
  5.6 本章小结  68-69
第六章结束语  69-71
  6.1 论文主要研究成果  69-70
  6.2 后续工作展望  70-71
致谢  71-72
参考文献  72-76
作者在学期间取得的学术成果  76

图像制导模拟器图像生成研究

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