随着空间技术的迅猛发展,卫星在轨维修、燃料二次加注、太空垃圾清除等在轨服务技术已然成为世界各航天大国的研究热点。在轨服务过程中精确获取目标卫星三维结构及表面纹理信息,对目标交会对接和维修部位的判定起着至关重要的作用。因此,基于序列图像开展目标三维重建研究对未来在轨服务具有重要指导意义。由于卫星运行环境的特殊性,目标三维重建精度不仅受重建算法自身特性的影响,还受到卫星平台以及相机性能的影响,本文重点研究基于序列图像的目标三维重建机理,探究平台及相机性能对目标三维重建精度的影响关系。具体研究工作包括以下几个方面:(1)研究了卫星平台及相机性能对成像质量的影响。综合考虑平台特性(运动、抖动等)以及相机特性(不同离焦量、积分时间、像元分辨率等)影响,基于信号传递转换和空间调制特性构建了在轨卫星成像链路模型。选择典型目标卫星进行了仿真试验,获取了目标在轨运行的序列图像,并分析了卫星平台绕飞高度、平台运动和抖动,相机的离焦量、积分时间、CCD像元尺寸(分辨率)对成像质量的影响,研究结果为后续三维重建研究提供了输入数据。(2)开展了基于序列图像的目标三维重建及精度评估。从坐标系变换、特征点提取与匹配、稀疏点云重建、稠密点云重建等几个方面对目标的三维重建过程进行深入研究,探索从摄像机拍摄的二维图像中寻找目标三维信息的方法,构建了基于序列图像的三维重建模型。针对仿真生成的序列图像,通过特征提取、图像匹配、稀疏点云重建、稠密点云重建等一系列对图像的操作,完成目标三维结构重建处理。同时,构建三维重建精度评估指标,计算给出重建精度评估结果。(3)研究了卫星平台及相机性能对目标三维重建精度的影响。基于仿真试验结果,分析了平台绕飞高度、高频抖动、随机抖动、线性运动,相机拍摄角度间隔、离焦量、曝光时间、像元尺寸等因素对三维重建精度的影响。实验结果表明,卫星平台绕飞高度小于500m、高频抖动振幅小于6um、位移标准差小于0.01,相机摄角度间隔小于6度、离焦量小于0.05mm时,可以满足重建尺寸误差小于10%、完整性优于90%的指标要求。总之,通过卫星平台及相机性能对目标三维重建精度的影响分析,不仅考核评估了基于序列图像三维重建算法的性能,而且也对卫星平台及相机性能设计提出了需求,同时也为后续在轨目标三维重建的实现提供技术储备。