遥感图像的显著-概要特征提取与目标检测

针对巨幅遥感图像的目标检测问题,提出了一种基于显著-概要特征的遥感图像自动目标检测算法.采用滑动窗口将巨幅遥感图像划分为若干个小尺度的区域,针对各个小尺度分块图像,借鉴人类视觉生理功能特性之原理,提取其显著特征和概要特征,其中的显著特征代表了图像中的显著信息及显著区域空间分布和关联信息,概要特征可从整体上反映该区域的背景/目标关联信息.通过对分块区域图像的分类鉴别以实现目标检测.实验结果表明:此方法能以高可靠性和高精确度检测出巨幅遥感图像中的目标.     

基于GCF-SB视觉注意模型的红外目标检测算法

针对复杂背景、低对比度条件下的红外目标检测,提出了一种基于灰度对比度特征 相似性贝叶斯(GCF SB)模型的红外显著性目标检测算法.建立了一种灰度对比度特征(GCF)模型,该模型利用两个通道分别提取红外图像的灰度特征和对比度特征,然后通过特征融合获得初级显著图;建立了一种基于相似性的贝叶斯(SB)模型,该模型根据初级特征图分别计算目标和背景的先验概率和似然函数,然后利用贝叶斯公式获得最终显著图,进而实现红外图像的显著性目标检测.实验结果表明,所提出算法能够有效抑制复杂背景、低对比度红外图像的噪声,增强对比度,具有较高的检测精度和鲁棒性.     

鲁棒的红外小目标视觉显著性检测方法

鲁棒的红外(IR)小目标检测是自动目标检测的关键技术,低信噪比条件下的红外小目标检测一直是业内研究热点.为了能有效地检测红外小目标,对红外小目标若干表观特征及其视觉显著性进行了分析,提出一种基于多尺度图像块统计序对比度(MOCIP)的红外小目标视觉显著性鲁棒检测方法,采用两步级联多尺度图像块统计序对比度算法抑制背景和噪声,提升目标强度,获得红外小目标显著性图,并利用自适应阈值实现目标检测.本文详细给出了红外小目标视觉显著性的检测算法,使用红外小目标图像对检测性能进行了实验验证,并与其他检测方法进行了对比.实验结果表明,所提出的方法能够在低信噪比条件下克服噪声和复杂背景的影响,有效地对红外小目标视觉显著性进行检测.      

基于边缘信息的灰度目标跟踪算法

提出了一种基于边缘信息的跟踪算法,其可以实现对剧烈变化的灰度目标的精确跟踪.首先,利用基于双同心圆窗口算子的非线性边缘检测算法得到高质量的边缘信息;其次,为了解决单一边缘特征空间不能充分表征目标的难题,提出了一种通过组合边缘图像构建特征空间的方法,以便为目标建模提供充分信息;再次,在构建的特征空间中使用核估计方法对目标进行建模;在目标定位阶段,利用Kalman滤波器对目标进行预估后,再由Mean Shift算法在预估位置邻近区域实现目标定位;最后,提出了一种基于形态学的动态模型更新策略,使得算法不仅可以获得精确的目标区域,还可以实现对目标尺寸和形状变化的自适应.实验结果表明,本算法不仅可以有效跟踪剧烈变化的灰度目标,而且跟踪窗口可以实现对目标尺寸和形状的自适应.      

基于累积差分图像和高斯背景统计模型的烟尘目标检测

根据烟尘目标灰度与天空背景灰度很接近,目标内部灰度分布不均匀,且形状和面积会随着时间不停变化等特点,提出了一种由粗到精的目标检测算法。首先,通过累积差分图像序列得到烟尘目标出现的大致区域,再通过构造高斯背景统计模型得到每一个可能目标点的精确分割阈值,用该阈值在上一步操作得到的目标区域内部进行逐帧精细分割,得到烟尘目标出现的位置信息和时间信息。实验结果表明,该方法抗干扰能力强,能够可靠、快速地检测出烟尘目标。     

一种改进的运动目标抗遮挡跟踪算法

为解决运动目标在遮挡情况下的跟踪问题,提出一种基于目标运动预测与自适应多子块模板匹配相结合的抗遮挡跟踪算法.该算法建立了多子块模板匹配相关算法中遮挡情况的判定、子块模板匹配及自适应更新等准则,采用卡尔曼滤波模型预测目标在遮挡时的运动轨迹,并利用一种基于目标速度矢量的模板定位规则实现目标在遮挡结束后的接力跟踪.将该算法应用于存在多种遮挡情况下的实际视频中进行测试,实验结果表明:该算法不仅能够实现在部分遮挡情况下的目标跟踪,而且能在严重遮挡、甚至完全遮挡情况下对刚体和非刚体目标进行稳定有效地跟踪,保持目标运动轨迹的可靠性和完整性.     

一种FPGA实现的序列图像目标多维特征实时提取方法

目标区域多维特征的建模表征是实现目标跟踪搜索的前提。传统的特征提取方法通常先连通出目标区域，再计算目标特征，实时性不强。提出了一种基于像素的连通域标记及目标特征同步计算方法，建立特征传递机制，利用标号映射表关联标号表与特征属性表，并在区域邻接时进行标号合并和特征属性同步传递计算，保证了目标区域连通完成即可输出目标区域特征。给出一种基于FPGA硬件设计的实现方案。仿真测试结果显示，此方法具有以下几方面优势：连通域标记耗时少，仅为(L×W+2n/m)×T_clk，接近理论最小值(L×W)×T_clk；利用循环缓存区存储图像，资源消耗小；标记与计算并行处理，提升了检测跟踪效率；多目标特征经测试验证结果准确，可有效支持后续的目标跟踪检测；具有理论与实用价值。     

基于霍夫变换的空间非合作目标点云配准算法

针对空间非合作目标点云配准过程中目标残缺、机动过快等问题，对飞行时间深度(TOF)相机点云配准过程进行研究。利用相机可同时获取灰度与深度图的特点，提出一种基于霍夫变换的点云配准算法，在提供精确初始位姿的同时，也加速了最近点搜索过程。对TOF相机摄得灰度图进行边缘检测，利用边缘点以随机霍夫变换的方法拟合椭圆中心，使待配准点云与参考点云中心配准。随后检测图像几何特征，与对应参考点特征相配，提高初始位姿精度，既避免所提算法陷入局部最小，也可解决目标点云缺失无法配准的难题。在最近点搜索过程中，引入kd-tree改进算法，以3σ准则剔除单次k邻近的离群点，提高了相机动态性能。以某实拍卫星模型对所提算法进行仿真分析，成功验证了其对于残缺目标配准的可行性与鲁棒性。同时，在完整与残缺点云目标下，所提算法较于常规霍夫变换法相比分别提速955.3%和440.4%，且精度相当，具有较为广泛的应用前景。     

一种高效准确的视觉SLAM闭环检测算法

同步定位与地图构建（SLAM）是视觉导航领域的关键技术之一,闭环检测是SLAM的基础问题。针对视觉SLAM闭环检测准确率不高的问题,提出一种高效准确的闭环检测算法。该算法由词袋模型、图像结构校验、跟踪预测模型3个模块构成。首先,将局部特征与全局特征相结合,设计了词袋模型与图像结构校验模块。词袋模型通过视觉单词比较图像之间的相似性,得到闭环候选帧。然后,图像结构校验模块灰度化、归一化当前图像与闭环候选图像。归一化之后的图像被直接作为局部特征的邻域,计算得到全局描述符,通过全局描述符判断闭环候选帧是否为有效的闭环。最后,针对传统闭环检测算法耗时随图像数量增加而显著增加的问题,设计了跟踪预测模块,以提高计算效率。实验中,与主流的DBoW算法相比,提出的闭环检测算法的准确率提升了20%以上,实时性也有更好的表现。      

一种时空特征聚合的水下珊瑚礁鱼检测方法

水下监控视频中的珊瑚礁鱼检测面临着视频成像质量不高、水下环境复杂、珊瑚礁鱼视觉多样性高等困难,是一个极具挑战的视觉目标检测问题,如何提取高辨识度的特征成为制约检测精度提升的关键。提出了一种时空特征聚合的水下珊瑚礁鱼检测方法,通过设计视觉特征聚合和时序特征聚合2个模块,融合多个维度的特征以实现这一目标。前者设计了自顶向下的切分和自底向上的归并方案,可实现不同分辨率多层卷积特征图的有效聚合;后者给出了一种帧差引导的相邻帧特征图融合方案,可通过融合多帧特征图强化运动目标及其周边区域的特征表示。公开数据集上的实验表明:基于以上2个模块设计的时空特征聚合网络可以实现对水下珊瑚礁鱼的有效检测,相比于多个主流方法和模型取得了更高的检测精度。      

基于平面靶标的多视点云对齐方法

在大型物体三维视觉测量中,多视点云的对齐是其关键技术之一.设计了一种带有多个间距已知的角点作为特征点的平面靶标.靶标置于视觉传感器在2个不同位置测量的公共区域,2次测得特征点三维坐标.用靶标上任意3个非共线特征点的三维坐标建立单位正交基,从而求得多视点云坐标系初始变换矩阵.以初始对齐后的对应特征点之间距离平方和建立目标函数,并引入距离控制来增加约束条件,以3点求得的坐标变换矩阵为初值,采用Levenberg-Marquardt优化方法解出最优的坐标变换矩阵.采用双目视觉传感器对一石膏像在2个位置进行了测量,实验结果表明该对齐方法简单可靠,优化后的对齐精度比优化前提高了约31%.      

复杂背景下单个运动物体的实时视觉追踪算法

介绍了一种完全基于图像信息的运动检测视觉追踪算法.该算法综合了已有的一些算法,并在他们的基础上进行改进,可以实现在摄像机运动不剧烈的情况下,对单个运动物体的追踪.由人工选取目标,计算机开始在第1帧和第2帧图像中提取特征点,并在两帧图像中对特征点进行匹配.利用匹配的特征点建立仿射运动模型,以估计背景的运动和预测目标位置.假设运动目标所占的像素面积很小,在预测点附近的一块小邻域内进行光流分割得到运动目标.该算法在640×480大小的两帧连续图片上验证,取得了较好的效果.在PC上的实验证明,设置适当的参数,本算法可以应用于12.5Hz或25Hz的图像采集频率.      

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。     

嫦娥四号着陆器月面工作遮挡应对方案研究

嫦娥四号着陆于月球背面南极 艾特肯盆地内,着陆区周围复杂地形导致测控和通信遮挡风险。针对这一问题,开展了着陆区的测控、光照遮挡分析,提出利用轨道控制策略的精细化设计来提高着陆点精度、优化月面工作程序和增加自主控制功能的设计方法,全方面降低嫦娥四号着陆器在月球背面着陆区的生存风险。该方法已通过嫦娥四号着陆器在轨验证,可以为其他深空探测任务提供参考和借鉴。     

基于FPGA的低复杂度快速SIFT特征提取

尺度不变特征变换（SIFT）算法具有优良的鲁棒性,在计算机视觉领域得到广泛应用。针对SIFT算法高计算复杂度而导致其在CPU上运行实时性低的问题,基于现场可编程门阵列（FPGA）设计了一种低复杂度的快速SIFT硬件架构,主要对算法的特征描述符提取部分进行优化。通过降低梯度信息（包括梯度幅值和梯度方向）的位宽、优化高斯权重系数的产生、简化三线性插值系数的计算和简化梯度幅值直方图索引的求解等方法,避免了指数、三角函数和乘法等复杂计算,降低了硬件设计复杂度和硬件资源消耗。实验结果显示,提出的低复杂度快速SIFT硬件架构,与软件相比,可以获得约200倍的加速;与相关研究相比,速度提高了3倍,特征描述符稳定性提高了18%以上。      

不规则区域成像覆盖星座构型优化设计

近年来卫星对地观测需要呈现逐年上升趋势.从单个目标点的对地观测卫星星座构型设计方法入手,推广为设计满足不规则大范围成像区域重访时间需求的卫星星座.以卫星数目最少及满足重访时间要求为优化目标,采用改进的模拟退火算法,结合改进的等面积网格点覆盖法,提出了一种针对不规则区域成像全覆盖的卫星星座构型优化设计方法.分析了光照因素对重访时间、所需卫星数目以及星座构型的影响,并通过仿真分析验证了算法的可行性.      

基于结构光的空间大目标特征重构与位姿测量

针对因缺少空间非合作大目标的全局特征而难以实现相对位姿测量的问题,提出利用点状光源与单目光学相机组成点结构光视觉测量系统进行特征重构与位姿测量的方法。以非合作大目标上尺寸未知的局部矩形特征为测量对象,首先建立点结构光视觉测量系统相对位姿测量模型;接着利用相对约束关系给出特征重构方法并获得隐性特征点;然后利用特征点计算测量系统与非合作大目标之间的相对转移矩阵得到相对位置和姿态。通过数字仿真校验该方法的有效性并对测量误差因素进行分析,仿真结果表明该测量方法是有效的。     

基于小行星地形特征库的自主测距与定姿方法

首先建立全景着陆区域地形特征数据库,包括了特征点的经纬度、图像纹理信息、各个特征点之间的位置相关特性等;随后提取探测器下降过程中拍摄得到的地形特征,在图像数据库中进行匹配,解决了因小行星自转周期较短产生的特征点溢出视野问题,提高了光学测量的适用性;最后结合匹配点的位置信息通过计算机视觉测距原理获取探测器和小行星之间的相对位置和相对姿态。数学仿真实验验证了方案的可行性。     

机身主要承力框结构优化设计研究

将基于二次规划的准解析法优化理论应用于机身主要承力框的设计中,建立了机身主要承力框的优化模型.以承力框重量为目标函数,考虑了尺寸约束、强度约束和抗弯刚度约束,使优化后的机身结构不但满足强度要求,同时使优化后机翼机身对接接头的抗弯刚度与原准机保持一致.根据优化理论编制了SAAOP(Structure Analyzing and Optimizing Program)程序,计算结果表明该程序可应用于大型薄壁机身主要承力框的初步设计中.