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竖直推进飞行器单像机测量与跟踪方法及应用研究

作　者: 王玺
导　师: 孙祥一
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 航空宇航科学与技术
关键词: 单目像机 摄像测量 标定 跟踪 多项式最优滤波器
分类号: P23
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 31次
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内容摘要


摄像测量技术广泛应用于各种精密测量和运动测量领域,本文以某新型推进技术竖直发射飞行器演示试验为应用背景,研究了在试验中如何利用单像机对飞行器运动参数进行摄像测量与跟踪,形成摄像测量系统成功应用于试验。文中推导了在竖直推进试验条件下基于目标相对像机视线角的摄像测量方法,设计了像机平台手动和自动控制方式跟踪目标长距离运动,以解决像机视场无法覆盖目标整个运动范围的问题。论文的主要工作包括:1)在介绍中心投影模型的基础上,总结了当前研究中主要的几种单目摄像测量方法,对各种方法的基本测量思路和适用情况予以说明。2)根据推进试验的现场条件,设计了以塔架连接节点作为约束条件,计算目标相对于像机的视线角大小,进而通过三角关系对目标定位的测量方法。同时,将塔架节点作为控制点,标定出测量计算时所要用到的像机参数,提高了测量精度。通过模拟实验,验证了该方法能够满足试验的测量要求,并分析了测量过程中产生误差的环节。3)设计了手动和自动两种方式控制像机平台俯仰运动,以实现跟踪拍摄目标的要求。在手动方式中,利用DirecX组件将普通USB摇杆作为像机平台的控制端,使手动控制像机运动更为直接、准确和人性化,并在实际试验中取得成功应用。自动方式中,根据夜间试验时目标底部所产生光团的特性以及像机采集实时性的要求,设计了图像光团目标快速跟踪算法,依据光团的跟踪结果形成像机平台的运动决策,达到跟踪摄像的目的。通过对已有试验图像的处理,验证了该算法在跟踪光团时的准确性和时效性能满足试验中要求。4)介绍了竖直推进试验单像机摄像测量系统的硬件组成和实测流程,设计了试验图像的判读程序。对判读结果用白噪声观测数据多项式最优滤波器进行平滑处理,得到目标的位置和速度,为推进试验的事后分析提供依据。

全文目录


摘要  8-9
ABSTRACT  9-10
第一章 绪论  10-18
  1.1 课题背景  10-11
  1.2 课题中面临的问题及其研究现状  11-16
    1.2.1 摄像测量研究概述  11-13
    1.2.2 摄像跟踪研究概述  13-16
  1.3 论文的主要结构  16-18
第二章 单目摄像测量方法  18-29
  2.1 像机成像模型  18-21
  2.2 单像机测量方法概述  21-28
    2.2.1 几何相似法  21-22
    2.2.2 几何形状约束法  22-23
    2.2.3 结构光测量法  23-24
    2.2.4 虚拟双目视觉测量法  24-25
    2.2.5 空间后方交会测量法  25-27
    2.2.6 单目轨迹交会测量法  27-28
  2.3 本章小结  28-29
第三章 竖直推进飞行器单像机测量方法研究  29-41
  3.1 引言  29
  3.2 基于目标视线角度的摄像测量方法  29-34
    3.2.1 基本测量方法  29-31
    3.2.2 改进方法  31-34
  3.3 像机焦距和图像主点的标定  34-38
    3.3.1 摄像测量系统的标定方法概述  34-36
    3.3.2 基于塔架控制点标定像机焦距和图像主点  36-38
    3.3.3 基于塔架控制点标定像机光心位置  38
  3.4 摄像测量方法验证分析  38-40
  3.5 本章小结  40-41
第四章 竖直推进飞行器摄像跟踪方法研究  41-59
  4.1 引言  41-42
  4.2 基于DirectInput手动控制跟踪  42-47
    4.2.1 DirectX介绍  43
    4.2.2 电动旋转台  43-44
    4.2.3 基于DirectInput平台控制程序  44-47
    4.2.4 结论  47
  4.3 基于实时图像处理的目标自动跟踪  47-58
    4.3.1 常用的图像运动跟踪算法  48-52
    4.3.2 光团目标的快速跟踪算法  52-58
  4.4 本章小结  58-59
第五章 竖直推进试验摄像测量系统实测应用  59-71
  5.1 引言  59
  5.2 试验实测流程及图像判读程序  59-61
    5.2.1 摄像测量系统的组成及实测流程  59-60
    5.2.2 试验图像判读程序  60-61
  5.3 试验测量数据处理  61-69
    5.3.1 白噪声观测数据多项式最优滤波器  62-66
    5.3.2 多项式滤波器的应用  66-69
  5.4 本章小结  69-71
结束语  71-73
  1 本文工作总结  71
  2 今后工作展望  71-73
致谢  73-74
参考文献  74-78
作者在学期间取得的学术成果  78

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中图分类: > 天文学、地球科学 > 测绘学 > 摄影测量学与测绘遥感
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