空间目标快速轮廓特征提取与跟踪技术

为满足空间目标交会对接任务中高精度、快速的测量要求,提出了一种空间目标快速轮廓特征提取与跟踪技术。该算法首先从初始帧图像中分割定位目标所在局部区域,作为目标连续跟踪的初始值;其次基于初始帧目标局部区域完成对初始帧目标边缘特征的检测及细化处理;最后采用Hough变换完成对初始帧目标边缘的检测及细化后的局部图像轮廓直线的提取,分别选取目标轮廓四方向最优的直线参数作为最终目标轮廓直线获取的效果,并采用梯度最大法则实现两两求交获取的轮廓特征的优化提取。在目标逼近过程中,结合相邻帧图像间目标尺度动态变化的关联性,根据初始帧提取目标轮廓特征的先验信息,确定目标在第二帧图像中的轮廓位置,并依次根据上一帧图像的轮廓位置信息定位目标在当前帧所在的区域,通过局部处理实现序列图像轮廓区域特征的连续跟踪。该算法无需遍历整个图像,所需处理的目标区域大幅减小,能够有效克服由目标图像较多边缘干扰导致的轮廓提取效果差及处理速度慢的缺点,具有速度快、准确性强、稳定性高等优点。     

基于Poisson圆盘分布的河流仿真技术

针对目前河流仿真所存在的计算效率低,渲染效果不够真实的问题, 介绍了一种基于物理规律的河流实时仿真的方法.提出了一种Poisson圆盘分布的算法,可实现屏幕空间的优秀的分布样式,该算法产生的分布粒子用于表达河流的速度场,进而重构河流表面; 采用一种纹理精灵的技术,通过纹理的动态访问和纹理混合,有效地实现河流表面的渲染.仿真实验证明:该方法可以产生渲染效果非常逼真的河流视景,并能够满足实时仿真的要求.     

一种用于实时数字稳像的全分辨率运动补偿方法

以室外视频监控中帧间平移运动为研究对象,提出一种基于平衡位置修正与自适应存储帧更新的实时全分辨率数字稳像方法。首先利用卡尔曼滤波在线估计镜头的主动运动,预先确定抖动图像补偿后的平衡位置;然后针对图像补偿后产生的空白区域,通过选择合适的参考帧及预存帧构成存储帧队列,根据存储帧队列的覆盖范围对平衡位置进行修正,实现修正后空白区域像素的全部拼接填补;最后以修正后的平衡位置为基准,根据同时满足左上、右上、左下和右下4个偏移方向的原则对参考帧队列进行自适应在线更新,用最新采集帧替换时间上较早、空间内容上冗余的参考帧,使得存储帧队列在有限长度内保证尽可能大的空间覆盖。本文提出的方法可以满足实时数字全分辨率稳像的要求,适用于集成式、嵌入式等各类视频监控系统。      

基于卫星云图的大区域云层预测方法

云层覆盖是影响对地观测卫星成像的一个重要问题,如果遥感图像中云层比例太高,或者特定目标不可见,则遥感图像就会失效。对地观测卫星能够根据云层预测信息,在多个观测目标之间进行选择。面向对地观测卫星任务规划的应用,设计了大区域范围的短期云层预测方法,首先通过光流法获取云运动矢量,然后依据云运动矢量外推获得预测的云层图像,同时引入拉普拉斯算子刻画云层运动过程中的扩散现象,利用风云二号卫星的真实云图序列数据,通过神经网络的反向传播算法优化扩散因子,以提升云层预测的效果。通过对结果进行分析,引入的拉普拉斯算子方法能够提高云层预测的精度,80%分位数的云层覆盖率误差约为11.7%,该精度的云层预测可以用于指导对地观测卫星任务规划。     

H.264中多参考帧快速运动估计算法

针对H.264的运动估计计算量太大的问题,通过研究并验证视频多帧参考时的运动连续性,提出了一种基于有效区域的快速运动估计算法(VRF,Valid-Region-based Fast Motion Estimation). 该算法在第一个参考帧中用三步搜索(3SS,3-Step Search)快速估计整像素精度运动矢量, 并以此定义一个有效区域, 参考其它帧时, 在该有效区域内作改进的3SS估计; 然后选择最佳参考帧; 最后在所选择的最佳参考帧的有效区域内作全搜索和相应的分数像素精度估计. 实验证明, 和H.264全搜索相比, 本算法的运动估计搜索点数降低了82%以上, 而恢复质量(用峰值信噪比(PSNR,Peak Signal to Noise Ratio)表征)平均只下降0.24 dB,且码速率只增加8.81%; 和另一个经典的帧选择快速算法相比, 本算法的搜索点数降低了39%,且码速率平均下降了5.17%, 而恢复质量只下降0.08 dB.      

基于BoF模型的多特征融合纹理图像分类

针对特征词袋（BoF）模型缺乏空间和几何信息,对纹理图像内容表达不明显等问题,提出一种基于BoF模型的多特征融合纹理分类算法。将灰度梯度共生矩阵（GGCM）和尺度不变特征转换（SIFT）融合特征作为纹理图像的区域特征描述,通过动态权重鉴别能量分析进行最优参数特征选择,并用BoF量化纹理特征,使用支持向量机对图像进行训练和预测,得出分类结果。实验结果表明,本文算法对有旋转扭曲的纹理、边缘模糊纹理、有光照变化的纹理及杂乱纹理等均能取得较好的分类效果,相对于传统BoF模型及凹凸划分（CCP）方法等算法在UIUC纹理库上的分类正确率均有不同程度的提高,平均分类正确率分别提高12.8%和7.9%,说明本文算法针对纹理图像分类具有较高的精度和较好的鲁棒性。      

海天混杂闪烁背景下运动点目标检测新方法

针对海天混杂闪烁背景及单像素运动点目标的特征,设计了海天相连区域快速定位及基于模式分类的环域全向差分扩展中-均值滤波的预处理算法,二次进行全向差分均值滤波后,利用基于直方图的自适应阈值分割得到初步侯选目标点.形态学滤波保留有效的单像素侯选点,最后进行帧间侯选目标点之间的相关性分析和目标短时丢失的直接再搜索.仿真实验采用两个实拍场景中加入单像素仿真目标生成的220帧图像,结果为:信噪比≥0.5时单帧检测率为91%,3帧以上的连续检测中检测率达到95%;对照组22帧不含仿真点目标,3帧以上的连续检测虚警数为0.      

未知环境下移动机器人单目视觉导航算法

提出了一种未知环境下移动机器人单目视觉导航算法,算法包括障碍物检测、单目视觉测距和局部路径规划3部分.为减小光照等环境因素对基于特征的障碍物检测的影响,对彩色图像在HSI颜色空间中用基于像素的直方图比较进行分割,获取障碍物轮廓序列的图像坐标点集.在单目视觉测距中,通过几何关系推导法建立图像坐标系和机器人坐标系间的变换关系,进而实现由障碍物图像位置计算其与机器人间的实际距离.局部路径规划对摄像机梯形视场区域转换后的矩形区域建立模型划分栅格,由障碍物轮廓序列图像坐标和单目视觉测距计算构建障碍物栅格图,并用提出的栅格搜索算法搜索障碍物栅格图,得到机器人安全行驶路径.实际环境中进行的实验结果表明,算法能有效减小反光、阴影等的影响,在未知环境中正确规划出机器人局部可行路径实现导航.      

基于图像纹理的自适应水印算法

图像水印技术是一种在图像中嵌入被称为水印的版权标记,以证明图像版权归属的技术。利用图像纹理粗糙区域易于隐藏水印的优势,提出了一种基于图像纹理的自适应水印算法。首先,设计了一种能够真实反映图像纹理丰富程度的纹理度量方法,引入全局纹理值和局部纹理值的概念来综合分析图像纹理的分布情况;其次,利用滑动窗口和窗口内区域的局部纹理值,精确地获取图像的纹理粗糙区域,将水印嵌入在纹理粗糙区域中,保证嵌入水印图像的视觉质量;然后,通过多元回归分析,得到水印嵌入参数与纹理粗糙区域的全局纹理值和局部纹理值的函数关系,根据区域的纹理值自适应地调整水印的嵌入参数,最大限度地保证水印的不可见性,增强水印的鲁棒性;最后,通过在多个不重叠的纹理粗糙区域中嵌入相同的水印,进一步提高水印提取的准确率。在100幅自然场景图像上进行模拟实验,从不可见性、自适应性和鲁棒性三个方面证实了所提算法相比已有自适应水印算法的优越性。      

一种融合深度信息的火星局部地表图像立体匹配方法

针对火星局部地表形貌原始自然、色彩单一和纹理相似度高难以实现双目精确定位的问题,提出一种融合深度信息的火星局部地表图像立体匹配方法.利用空间金字塔特征提取模块聚合不同尺度和位置的上下文信息,然后通过分层立体匹配架构构建多尺度的匹配代价卷,用条件代价卷归一化代替批量归一化层,在立体匹配网络的代价正则化阶段以深度信息为条件调制匹配代价卷特征,从而降低计算量,提升推理速度,并生成高精度的视差图.最终利用感兴趣目标的视差值并结合相机的基线参数,得到目标点在指定坐标系下的三维坐标从而实现定位任务.在火星模拟场数据集上的视差图达到了三像素误差小于0.017％,通过与GCNet+ CCVNorm等方法的结果进行比较,表明所提出方法在火星局部地表下的优势.     

基于四面体网格的软组织位置动力学切割仿真算法

为满足虚拟手术中软组织变形与手术模拟的真实性和实时性要求,提出了一种基于四面体网格和位置动力学的软组织切割模拟算法.首先,本算法以四面体作为软组织几何模型的基本操作单元,物理模型采用位置动力学模型驱动软组织变形,四面体网格的凸包形成软组织的外表面.其次,本算法对位置动力学模型进行了扩展,支持了模型拓扑改变的情况,使其适用于软组织的切割模拟.再次,利用支持纹理信息的四面体网格作为几何模型,能生成细节丰富的切口.最后,在该算法上实现了力反馈设备的应用,增加了切割过程中的触觉模拟,增强了虚拟手术中手术环境和过程模拟的真实性.实验表明:该模型能提供真实和高效的变形模拟,并具有较高稳定性和可操作性.本算法目前已应用在北航虚拟现实技术与系统国家重点实验室开发的医学手术模拟器上.合作医院在使用模拟器进行的腹腔镜检查手术方面已经做了前导性的研究,医生对模拟器评价也较高.      

数字地球中实时地形晕渲的实现方法

通过使用法线贴图的模式,不增加地面网格数的前提下,在三维数字地球仿真系统中实现了对全球地形的高精度实时晕眩效果的地形浏览.首先通过对高程数据进行分层分块处理,制作级地块法线贴图,再通过绘图芯片用可程序化像素着色器流程计算法线贴图的光照效果,最后将纹理贴到对应的分层三维地形网格上.根据光源的入射方向、色调、饱和度及亮度,计算中考虑了顶点的环境光、漫反射光、镜面反射光,在低地形网格数的前提下,实现了如高精度地形网格般的明显光影变化.      

分布式虚拟人预测显示技术

在分布式虚拟环境中人的仿真与交通工具仿真有所不同,人体具有较多关节,如果要虚拟人与环境的交互具有实时性,势必要提高其行为在网络中广播信息的数量,随着加入网络中虚拟人数量的增加,网络负荷将急剧增大.对此,在虚拟人仿真中对人体运动部位进行有机划分,使得那些经常与外界实现交互的身体部位按关节描述,其它部位按行为信息描述,同时运用DR(Dead Reckoning)算法来降低维持虚拟人逼真运动所需要的信息传送数量.实验表明,采用预测显示技术可以有效减小网络负荷,提高虚拟人的交互性.      

复杂产品虚拟装配系统的人机交互技术

介绍了一种基于双机同步的desktop虚拟现实设备的复杂产品虚拟装配仿真系统,对系统的人机交互技术进行了深入研究,提出了一种基于SOP(Structure of Parts)数据结构的属性类驱动算法的产品信息管理技术以及模型转心匹配法,阐述了一种适用于多部件多场景的、快速的基于扫描线技术的直接操纵交互算法原理,通过系统的实现验证了算法的实用性与效率,有效地提高了系统性能与扩展性.     

分布式虚拟战场演练管理态势子系统的实现

分布式虚拟战场环境中的演练管理系统模块众多,其中态势子系统作为一个重要组成部分,担负着实时、客观地显示参加演练的红、蓝双方实体态势的任务.为使白方客观掌握演练过程中的实体信息,分析了虚拟战场环境中白方态势显示的功能需求,建立了态势显示的结构模型,在高层体系结构(HLA)的基础之上,提出了一套可行的设计方案,并给出了具体实现.结果表明,态势子系统的输出完全满足态势分析的需求.      

计算机虚拟北航的建造与人机交互的实现

提出了虚拟北航校园场景数据库的层次结构,给出了基于碰撞检测的模型控制面场景调度控制方法,实现了冗余建模数据删减、纹理映射、多级层次细节模型三种场景复杂度消减策略,着重讨论了基于标准二维输入设备的实体选择算法并实现了对受限运动实体的操纵,最后简要介绍了一个通用的、与模型无关的漫游引擎框架结构的实现.     

具有位置/力混合控制的虚拟装配模型

目前在虚拟环境的应用领域研究主要集中在视觉的逼真性方面,而力觉在交互过程中有着不可替代的作用.采用位置/力混合控制的方法,通过具有力反馈的数据手套在虚拟约束空间中装配虚拟物体可获得触觉效果,使操纵者感受到操纵的细腻过程,如同操纵者直接与物体相接触一样,达到了虚拟装配过程的临场感目的.结果表明,采用力控制技术可使零件的设计质量、装配速度得到显著提高.      

Development and testing of a statistical texture model for land cover classification of the Black Sea region with MODIS imagery

A statistical model is proposed for analysis of the texture of land cover types for global and regional land cover classification by using texture features extracted by multiresolution image analysis techniques. It consists of four novel indices representing second-order texture, which are calculated after wavelet decomposition of an image and after texture extraction by a new approach that makes use of a four-pixel texture unit. The model was applied to four satellite images of the Black Sea region, obtained by Terra/MODIS and Aqua/MODIS at different spatial resolution. In single texture classification experiments, we used 15 subimages (50 × 50 pixels) of the selected classes of land covers that are present in the satellite images studied. These subimages were subjected to one-level and two-level decompositions by using orthonormal spline and Gabor-like spline wavelets. The texture indices were calculated and used as feature vectors in the supervised classification system with neural networks. The testing of the model was based on the use of two kinds of widely accepted statistical texture quantities: five texture features determined by the co-occurrence matrix (angular second moment, contrast, correlation, inverse difference moment, entropy), and four statistical texture features determined after the wavelet transformation (mean, standard deviation, energy, entropy). The supervised neural network classification was performed and the discrimination ability of the proposed texture indices was found comparable with that for the sets of five GLCM texture features and four wavelet-based texture features. The results obtained from the neural network classifier showed that the proposed texture model yielded an accuracy of 92.86% on average after orthonormal wavelet decomposition and 100% after Gabor-like wavelet decomposition for texture classification of the examined land cover types on satellite images.     

海上夜间飞行的实时仿真

自然场景仿真是虚拟现实技术的重要部分,夜间海上飞行时,星空、月亮以及海面的倒影是独具特色的自然场景.为营造沉浸感强的夜海飞行虚拟现实系统,用粒子系统实现了星空的模拟,将星体动态闪烁现象演化为粒子生命的概念,并按照主导算法加扰动的思想实现星空随机性模拟;用特殊纹理融合算法模拟月亮及星月在海面的镜像,特殊纹理经过制作、着色和融合3个过程,并根据夜空景像在海面倒影的亮度衰减规律确定融合因子,将纹理和背景按照融合因子进行深度融合;最终实现了较逼真的夜海飞行虚拟现实系统.