光学测量技术是靶场测控技术的重要组成部分。通过判读光测设备拍摄的图像可得到飞行目标外弹道及姿态等参数,这些参数是武器试验鉴定及故障分析的重要依据。本文以靶场光测图像自动判读工作为背景,研究了运动目标的自动检测跟踪与三维姿态测量等技术,并将其成功应用于靶场光测图像判读系统中,提高了图像判读的可靠性与效率。论文主要研究成果如下:1.针对靶场目标多为已知目标的特点,提出了两种单样本训练的目标检测方法:①基于方向核形态滤波的目标检测方法,该方法充分利用了图像核特征的稳定性,对靶场复杂背景图像的目标检测具有很强的适应性。②基于形状熵差的目标检测方法,该方法根据样本图像中目标的形状特征构造形状熵差目标检测算子,能够有效地用于靶场多目标图像的自动目标检测。这些方法在仅提取单个目标样本图像特征的情况下,实现了鲁棒的目标检测。2.针对靶场序列图像目标稳定跟踪问题,提出了三种目标跟踪方法:①基于梯度LoG算子的光团目标跟踪方法,该方法具有检测精度高、对环境光照变化适应性强等优点,能够稳定跟踪靶场图像中的光团小目标。②基于特征点匹配的跟踪漂移校正方法,该方法可与多种跟踪算法相结合,对跟踪结果进行跟踪漂移检测,然后根据需要进行漂移校正。③一种多视约束下基于点描述的多目标跟踪匹配方法,该方法将多视约束关系融入到单站序列图像目标二维轨迹分析中,能够较好地解决多站序列图像间多目标跟踪匹配问题。3.针对靶场图像中弹体小目标中轴线的提取问题,提出了一种基于迭代矩的中轴线提取算法,该算法通过迭代不断改进矩方法的计算区域,最大限度地抑制了背景干扰,实现了目标中轴线的高精度提取。此外,本文定量地分析了中轴线面面交会法的误差影响因素,并给出了误差模型。4.结合光测设备成像模型与目标自身结构特点,提出了两种三维姿态参数解算方法:①利用离轴结构线求解目标滚转角的方法,该方法能够十分方便地测量飞机、巡航导弹等常见目标的滚转角。②基于目标比例信息的单站图像定姿方法,在近似平行投影成像条件下,可以不考虑目标位置和像机焦距等因素直接计算目标姿态,能够较好地满足靶场单站光测设备的定姿需求。5.针对靶场数字图像判读的需求,设计了靶场通用数字图像判读系统的总体方案,分析并实现了系统构建所需的几项关键技术:红外图像增强技术、异源图像目标判读点分析技术、多站图像并行判读技术、运动目标检测跟踪与定姿方法在目标判读系统中的应用等。将本文研究内容作为光测图像判读系统的关键技术之一,与靶场图像事后处理的其他技术相结合,设计并实现了一套通用的靶场数字图像判读系统,已应用于海军、空军以及总装备部所属各靶场。