随着地基光电观测系统成像性能的提高,空间目标的外形和姿态等特征可以为空间环境感知任务提供更多关键信息,对于空间目标的探测和识别等应用有重大价值。估计空间目标的三维姿态是实现空间目标监控与追踪的重要手段与方法。本文综合空间目标特性、数据库构造、模型检索以及多种图像处理方法,提出一整套基于地基望远镜观测图像对空间目标三维姿态进行估计的方案。该方案利用图像盲解卷积方法对观测图像进行复原,将空间目标分割为主体与子部件,提取相关几何特征,再通过等积剖分格网建立多视角姿态模型数据库,利用一种尺度不变的特征检索方法对几何特征进行编码,并在姿态数据库中进行相似性匹配,最终估计出空间目标的三维姿态。论文主要研究基于图像的空间目标三维姿态估计理论与方法,具体内容及创新点如下：1、开展了地基望远镜观测图像仿真与后处理技术研究。具体分析了地基光学系统观测成像的影响因素,采用一定的大气相干长度参数和噪声水平生成空间目标仿真图像,利用迭代型的RL算法进行复原,可以有效克服恶劣观测条件对成像的影响,得到有利于目标识别与分割的后处理图像。2、研究并实现了空间目标图像识别与分割。利用基于阂值的图像分割方法实现空间目标与背景的分割,利用区域生长法实现主体与子部件的分割,最后采用数学形态学中的开闭运算对分割后的二值图像进行处理,成功实现较理想的空间目标主体与子部件分割。3、构造多视点姿态数据库并设计特征检索。采用六边形等积格网对观察球进行划分,以获取空间目标姿态平均分布的二维视图集。设计一种有效快捷的特征检索方式,将姿态模型的二维视图化为具有平移、缩放和旋转不变性的特征检索向量。4、通过几何特征提取与相似性匹配,实现空间目标姿态估计。对分割后的空间目标图像进行特征提取,分别获得主体和子部件的相关几何参数,生成特征检索向量。在空间目标与模型数据库的检索向量间进行相似性匹配,实现空间目标的三维姿态估计。本文提出的空间目标三维姿态估计方法体系结构完整,且经仿真实验验证其可行性和准确性。该方案易于系统化实现,研究成果可为相应的数据处理软件系统提供技术支持,有较高的应用价值。