基于边缘相似性的异源图像匹配

异源图像匹配是视觉导航、多源图像融合分析的关键步骤之一。对于成像机理差别较大的异源图像,如SAR图像和可见光图像,采用传统的异源图像匹配算法难以得到满意结果。本文提出一种基于边缘相似性的异源图像匹配方法,首先分别提取待匹配图像的边缘特征点集;然后计算基准图的边缘距离场;最后基于边缘相似性模型,通过实时图边缘图和基准图边缘距离场计算边缘相似度,寻找相似度最大的变换参数即为最终匹配参数。采用SAR与可见光图对方法进行了测试,结果表明,这种方法能够快速可靠地实现异源图像匹配。     

InSAR成像匹配制导技术

为了解决飞行器远程全天候高精度自主导航的问题,提出一种InSAR成像匹配制导技术,利用InSAR生成的高程数据与基准高程图进行精确匹配,并通过构象模型反演出飞行器的空间位置。分析对比了多种精确地形匹配方法,采用基于F.Leberl数学模型的空间定位方法并分析了误差影响。仿真结果表明,该方法可以实现飞行器高精度自主导航定位,大大提高飞行器的适应性和抗干扰能力。     

复杂地形下基于三视约束的景象匹配方法

 景象匹配通过将飞行器实拍图像与机载的基准图像比较而进行导航。当飞行高度较低时,由地面大起伏引起的实时图几何变形会严重影响匹配性能,造成匹配精度下降甚至出现误匹配,这一问题严重制约了现有景象匹配系统的应用范围,比如无法应用于建筑林立的城镇地区和梯田、丘陵地带。本文首先推导了小视场内无几何变形的高空竖直透视投影模型;在此基础上,依据三视约束关系,把相邻两幅下视实时图像的特征赋给该透视模型所成的像,得到消除几何变形的特征模板,再和基准图进行匹配。因此,所提方法不仅能处理由飞行器姿态引起的实时图几何变形问题,而且适用于城镇等地面存在较大起伏的地形。理论分析和仿真实验表明,该算法取得了较好的结果,具有良好的环境适应能力,实用性较强。     

行星表面陨石坑检测与匹配方法

 针对深空探测器光学导航技术的需要,提出了行星表面陨石坑导航路标的提取与匹配方法。陨石坑是行星表面最显著的地形特征,在光照条件下,陨石坑具有清晰的几何轮廓。结合光照方向,通过陨石坑边缘的检测、边缘配对以及形状参数拟合等处理实现陨石坑的提取。对检测出的陨石坑,基于平面二次曲线的几何不变特性,采用投票策略实现与陨石坑数据库的匹配,并设计陨石坑误匹配及失配的校正策略,从而有效地确定陨石坑在目标天体表面的全局位置。最后通过嫦娥一号获得的目表图像验证了所提方法的有效性和可行性。     

基于3D Zernike矩的巡检器与空间站的相对导航算法

针对航天器相对导航问题,以空间站表面为"特殊地形",提出一种基于大型航天器表面巡检的相对导航算法。首先,运用巡检飞行器上的TOF （Time of Flight）相机测量空间站表面局部点云数据,以该点云数据为实时图,以空间站表面先验点云数据为基准图。然后,利用3D Zernike矩与三维地形间的一一对应关系,将三维地形匹配转化为基于3D Zernike矩的特征向量匹配。在此基础上求解实时图与匹配上的基准图间的相对位置、相对姿态,从而确定两航天器间的相对导航参数,并通过实验分析了匹配精度及速度的主要影响因素。最后,将该相对导航参数与惯性系统推算的相对导航参数在扩展卡尔曼滤波器的框架下实现信息融合,估计了巡检飞行器与空间站间的相对位置、相对姿态,实验结果表明,相对位置精度优于0.002 m,相对姿态精度优于0.1°。     

恶劣天气下的仿生偏振定向方法

针对偏振光导航在恶劣天气下精度显著下降的问题,提出了一种可以在恶劣天气下基于大气偏振模式的定向算法。与现有方法相比,首次将三维块匹配与canny边缘检测结合的思想应用于修复被不同天气破坏的偏振角度图像中。具体而言,将偏振角度图像的修复分为噪声粗处理和边缘提取处理去噪两部分。在噪声粗处理阶段采用三维块匹配算法,在边缘提取处理去噪部分,利用canny边缘检测算法对偏振角度图像进行二次去噪。实验结果表明,该方法不仅能够提高晴朗天空下的定向精度,而且能够显著提升在阴天、沙尘、雾霾等恶劣天气条件下的导航定向精度,即使在偏振角图像对称∞模式被破坏的情况下,航向角精度仍可由9.4470°提高到1.6859°。     

恶劣天气下的仿生偏振定向方法

针对偏振光导航在恶劣天气下精度显著下降的问题，提出了一种可以在恶劣天气下基于大气偏振模式的定向算法。与现有方法相比，首次将三维块匹配与canny边缘检测结合的思想应用于修复被不同天气破坏的偏振角度图像中。具体而言，将偏振角度图像的修复分为噪声粗处理和边缘提取处理去噪两部分。在噪声粗处理阶段采用三维块匹配算法,在边缘提取处理去噪部分，利用canny边缘检测算法对偏振角度图像进行二次去噪。实验结果表明，该方法不仅能够提高晴朗天空下的定向精度，而且能够显著提升在阴天、沙尘、雾霾等恶劣天气条件下的导航定向精度，即使在偏振角图像对称∞模式被破坏的情况下，航向角精度仍可由9.4470°提高到1.6859°。     

一种单幅异源图像适配性的计算方法及应用

图像适配性问题在匹配区选取与景象匹配末制导试验中都具有重要的地位,图像适配性通常用匹配概率度量。针对单幅图像,采用降质变换方法生成图像对,提出一种能用于计算单幅异源图像适配性的方法,并应用于图像适配性评估。该方法操作性强,容易实现,可解决缺少先验信息时图像适配性的计算问题。     

一种鲁棒的红外与可见光多级景象匹配算法

针对基于特征的景象匹配方法对图像噪声和局部形变适应性差以及对特征质量依赖性强等问题,从提高图像特征描述能力入手,将具有局部光照和对比度不变性的相位一致性变换引入到红外与可见光景象匹配的特征表征中,以获得对噪声和局部形变较强的适应性。在此基础上,首先采用抗旋转的圆投影实现图像粗略匹配,然后基于Zernike矩推导出图像的互相关匹配重构函数并用来剔除错误匹配点,最后基于曲面拟合方法获得亚像素定位,从而实现图像精确与鲁棒匹配。仿真实验验证了所提算法的有效性。     

地形景象匹配辅助导航可视化仿真研究及软件实现

为了直观有效验证地形景象匹配算法和演示地形辅助导航的过程,设计了地形景象辅助导航可视化仿真软件系统.利用Visual C 和OpenGL的功能实现了对导航数据和飞行过程的动态二维可视化曲线显示,对匹配区域中的实测图和参考图进行动态显示,能够直观地分析匹配结果的正确性;并在此基础上着重对地形景象匹配辅助导航过程实现了可视化仿真显示,能形象直观地演示地形景象辅助导航的过程及其性能.通过多次试验表明,该软件能很好地演示地形景象辅助导航系统的全过程及其性能,具有很好的实际应用价值.     

基于侧扫声纳图像的AUV侧向速度估计与DVL粗差检测

复杂水底环境和自主潜航器(AUV）机动会造成Doppler测速仪(DVL）速度测量结果中出现粗差,提出一种检测DVL速度粗差数据的方法。该方法利用侧扫声纳图像数据,结合SIFT特征匹配算法求取声纳图像的边缘特征点。根据声纳图像成像原理,计算出每一帧图像相对上一帧图像对应特征点像素的横向平移量;结合特征像素平移量与AUV实际横向位移的比例尺度关系以及声纳侧扫周期推算出AUV侧向速度。该侧向速度用于检测水下组合导航中DVL的速度粗差,在几十米水深的浅水区,该方法能够检测并剔除出大于0.2m/s的DVL侧向速度粗差,显著减小DVL前向速度误差。算法可实时实现,改善AUV水下组合导航性能。     

惯性组合导航系统的实时多级景象匹配算法

 针对景象匹配辅助惯性组合导航系统需要快速准确获取飞行器位置、航向偏差的要求，提出一种实时多级景象匹配算法。算法分为两级，第一级粗匹配中提出了中心点4邻域的抗变形算法，能抗旋转和小尺度变化的影响，使定位精度达到像素级；第二级精匹配中提出了基于分支特征点，应用最小二乘法原理精确匹配定位出两幅图像间的最优相似变换参数，即飞行器的精确位置和航向偏差的算法。仿真分析表明，提出的实时多级算法能满足景象匹配辅助惯性组合导航系统实时性、精确性和鲁棒性的要求。     

景象匹配中的几何透视校正和归一化互相关模板匹配

几何失真是使景象匹配性能下降的一个很重要的因素,基于参考图与失真实时图中四对对应点,本文采用透视变换方法,对失真实时图进行校正。对校正后的实时图,本文采用归一化互相关方法,进行模板匹配。仿真实验表明,这两种方法简单易行,校正与匹配结果精确。     

基于对数极坐标变换的快速相关匹配算法

成像制导过程中,需要在导引头获得的图像中搜索目标所在位置。基于对数极坐标变换的相关匹配算法能够有效处理在尺度、旋转等情况下目标的匹配问题,但是计算量大、匹配效率低,因此提出一种基于对数极坐标变换的多分辨率快速相关匹配算法。首先,通过定义主梯度方向,并将该方向作为对数极坐标变换的角度变换基准,有效避免了模板与目标特征矩阵基准不同的问题;其次,在多分辨率金字塔搜索过程中,采用图像方差作为判断依据,跳过同质区域和杂乱区域等非目标区域,加快搜索效率。仿真结果表明,该算法相比传统多分辨率相关匹配算法能够保证匹配精度并提高算法对于非线性光照变化的鲁棒性,匹配效率显著提高,具有实时处理的潜力。     

基于组合跟踪的景象匹配分析评估方法

景象匹配飞行试验中,图像序列中存在的剧烈尺度变化及多种外界因素影响导致的几何变形等成像质量变化,增加了景象匹配全流程自动评估的难度.为了解决这个问题,提出1种基于组合跟踪的景象匹配图像全流程评估方法.首先,基于序列图关键帧选取原则,提出序列图关键帧匹配方法;然后将该方法与多种目标跟踪算法进行对比分析;再根据对比分析的结...     

基于力场转换理论的图像粗大边缘检测方法

基于粗大边缘的异源图像匹配在导航制导等领域具有广阔的应用前景,但是现有边缘检测方法很难提取出异源图像中的粗大边缘.根据异源图像成像原理和灰度分布特点,提出一种基于力场转换理论的异源图像粗大边缘检测新方法.首先,根据引力概念计算图像中各像素点受到合力的大小和方向;其次,为了去除光照和异源图像灰度不同的影响,对图像中像素点...     

基于多通道梯度的异源图像匹配

异源图像的成像特性不同,难以直接利用灰度和梯度进行匹配。本文提出了一种利用多通道梯度进行匹配的新方法。该方法首先构造一组具有不同尺度参数和方向参数的梯度掩膜,采用核密度估计方法分别计算与每个掩膜对应的梯度,从而得到一组梯度图。在基准图和实时图对应的梯度图上计算相似系数,对全部相似系数图加权融合得到综合系数图,其中的峰值点即为图像匹配点。实验结果表明本文方法明显优于传统异源图像匹配方法。     

三维地形不变性特征描述及其在地形匹配中的应用

 针对实时地形图与基准地形图之间存在旋转、缩放和平移等相似变换的地形匹配问题,提出一种基于地形不变性特征描述的匹配方法。分析了地形的凹凸特征,根据三维地形表面的局部极值点相对位置分布稳定的特点,采用极值点相对位置归一化表示的方法构造了地形的不变性特征向量,基于二维地形特征向量间的距离比较,实现了适应相似变换的地形匹配。该地形描述与匹配方法不依赖于地形的绝对尺度值,仿真实验表明了方法具有较好的实用性,是解决导航定位中存在缩放变换的地形匹配的有效方法。     

基于导向滤波的深度图优化方法

很多低成本设备输出的深度图存在明显的边缘不匹配、深度信息缺失导致孔洞等问题,而现有的优化算法实时性差,提出的基于导向滤波的深度图优化方法可以兼顾实时性和视觉效果。首先,采用基于单尺度的Retinex方法对配准的灰度图像进行增强处理,消除光照阴影等导致的虚假边缘,增强真实边缘。然后,将处理后的灰度图像作为引导基础,通过具有边缘保持能力的导向滤波器优化深度图像,实现边缘保持的同时填充孔洞。最后,通过标准数据库和实际深度图进行实验验证。结果表明,处理后的深度图能够很好地反映基本形态,兼具实时运算竞争力。     

融合明度特征的V-SAD立体匹配算法

针对SAD算法难以对图像中纯色与弱纹理部分进行准确匹配的问题,提出了将HSV空间明度特征与SAD算法相融合的立体匹配算法,称为V-SAD算法.首先将图像从RGB空间转化至HSV空间,并根据H、S、V值将像素点按照颜色分为10类,同时得到明度特征图.然后结合SAD算法需要的灰度特征图计算匹配代价,得到初步的视差图.接着,根据HSV空间的颜色信息对图像进行分割,结合数学形态法求解分割区块中的独立连通域.再利用边缘生长法对每一个连通域的视差进行恢复.最后,使用左右一致性检测方法对视差图进行优化.实验结果表明,利用图像的明度信息衡量纯色与弱纹理区域的匹配点的相似度是有效的,该V-SAD算法有效改善了SAD算法在弱纹理和纯色区域的匹配效果,平均误匹配率下降了13.02％.