图像制导模拟器图像生成研究

论文摘要

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。

论文目录

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