利用影像匹配和摄影测量实现无人机精确导航

GPS技术已广泛应用于无人机的空间定位和导航,但在战时、困难地区的应用会受到限制.本文提出了一种利用影像匹配和摄影测量原理实现无人机精确定位和导航的方法,首先对无人机获取的实时影像和基准影像进行小波变换处理,以获得足够的初选同名点位,然后利用最小二乘影像匹配获取精确的同名点坐标,使用这些同名点,经摄影测量处理得到了精确的无人机空间位置.     

空间约束的无人机影像SURF特征点匹配

与普通场景图像相比,无人机影像中纹理信息较丰富,局部特征与目标对象“一对多”的对应问题更加严重,经典SURF算法不适用于无人机影像的特征点匹配.为此,提出一种辅以空间约束的SURF特征点匹配方法,并应用于无人机影像拼接.该方法对基准影像整体提取SURF特征点,对目标影像分块提取SURF特征点,在特征点双向匹配过程中使用两特征点对进行空间约束,实现目标影像子图像与基准影像的特征点匹配;根据特征点对计算目标影像初始变换参数,估计目标影像特征点的匹配点在基准影像上的点位,对匹配点搜索空间进行约束,提高匹配速度与精度;利用点疏密度空间约束,得到均匀分布的特征点对.最后,利用所获取的特征点对实现无人机影像的配准与拼接,通过人工选取均匀分布的特征点对验证拼接精度.实验结果表明,采用本文方法提取的特征点能够得到较好的无人机影像拼接效果.     

三角网约束的航空影像直线匹配方法

针对航空影像直线匹配缺乏有效约束的难点问题,提出了一种三角网约束的立体影像直线匹配方法。该方法在SIFT匹配获取同名点和LSD直线提取结果的基础上,首先利用同名点构建的左右影像上同名三角网约束直线匹配的搜索范围;再利用核线约束确定待匹配直线和候选直线的重叠部分,以此建立左右影像上直线支持区;然后根据斜率约束和支持区内灰度的相似性测度确定同名直线;最后利用双向一致性检核剔除错误匹配。利用该算法对典型区域数字航空影像进行直线匹配实验,并与现有方法进行对比分析。结果表明,该方法能获取可靠的直线匹配结果。     

基于空间关系几何约束的无人机景象匹配导航*

针对GPS的信号强度较弱、易受各种电磁干扰,提出一种基于空间关系几何约束的景象匹配导航算法。首先基于空间关系几何约束的多匹配区选择方法,将实时图划分为多个分区;然后采用基于边缘响应的加权Hausdorff距离景象匹配算法对各个匹配区进行定位计算;最后,通过最优配准点坐标估计策略,解算出无人机实时图中心在基准图上的精确定位坐标。多区域景象匹配采用并行计算方法,利用历史导航信息来辅助修正景象匹配导航误差。实验结果表明,该算法可较好地满足无人机对景象匹配导航算法实时性、精确性的性能要求。     

利用地面景象信息辅助的无人机自主定位技术

针对无人机自主定位过程中GPS定位系统失效的问题,提出了一种利用地面景象信息辅助的无人机自主定位技术,首先利用无人机所拍摄的实时航拍图像,与预先储存在无人机计算机中地面景象的数字化地形图进行匹配,从匹配结果中提取一个同名像点,结合地面景象数字化地形图所提供的数据信息获取此同名像点的地理位置坐标,根据同名像点位置与无人机位置间的几何关系,结合机载光电测量系统的坐标转换过程,实现无人机的自主定位过程。利用已知的地面同名像点的地理位置信息,反推出无人机的地理位置信息具有一定的创新性。由于整个定位过程存在实际误差,因此利用无人机飞行时记录的数据,采用蒙特卡罗法对定位误差进行仿真试验。试验结果表明该技术能够在误差允许范围内,在GPS定位系统失效的情况下完成无人机的自主定位     

一种可靠的高分辨率光学卫星遥感影像匹配方法

提出一种基于虚拟交点的高分辨率光学卫星遥感影像自动匹配方法。具体流程包括:(1)初始获取同名点,建立影像局部粗匹配模型;(2)利用同名点构建同名虚拟直线,通过同名虚拟直线形成同名虚拟交点集,并采用局部粗匹配模型进行约束;(3)对候选点集进行特征描述;(4)对特征点利用最小欧式距离准则提取初始同名点;(5)采用RANSAC算法和多项式拟合迭代法剔除误匹配点以获取最终的匹配结果。实验结果表明了本文通过虚拟交点提取同名点的算法,获取了更好的匹配效率和精度。     

一种可靠的高分辨率光学卫星遥感影像匹配方法

提出一种基于虚拟交点的高分辨率光学卫星遥感影像自动匹配方法。具体流程包括：（1）初始获取同名点,建立影像局部粗匹配模型;（2）利用同名点构建同名虚拟直线,通过同名虚拟直线形成同名虚拟交点集,并采用局部粗匹配模型进行约束;（3）对候选点集进行特征描述;（4）对特征点利用最小欧式距离准则提取初始同名点;（5）采用RANSAC算法和多项式拟合迭代法剔除误匹配点以获取最终的匹配结果。实验结果表明了本文通过虚拟交点提取同名点的算法,获取了更好的匹配效率和精度。     

无人机影像密集匹配方法

针对无人机航摄影像存在的像幅小、影像倾角过大且倾斜方向没有规律等特点研究了一种基于尺度不变特征变换算法(Scale Invariant Feature Transform,SIFT)特征点匹配结果的无人机航摄影像密集匹配方法。在SIFT特征点匹配结果的基础上,根据立体像对的同名影像相似性原理,结合Moravec特征点提取算法、灰度相关匹配算法和最小二乘匹配算法来获取无人机影像的密集匹配结果,再利用影像密集点匹配结果生成影像覆盖区域的DSM进行精度分析。实验结果表明,基于SIFT特征匹配算法的无人机影像密集匹配方法能够获取可靠的密集匹配结果。     

一种改进的无人机航空影像配准方法

针对目前无人机航空影像非同源、畸变大、处理量多的问题,提出一种改进的无人机航空影像配准方法;首先利用传统SIFT方法得到特征点,其次利用C均值聚类方法可实现准确的非监督分类的特点,对传统SIFT方法得到的特征点进行筛选,从而得出同名点;最后根据得到的同名点完成待匹配图像的投影变换完成配准;通过实验仿真证明该方法精度有较大提高,且可自适应处理不同图像,是一种有效的无人机航空影像匹配改良方法.     

多重约束下的近景影像线特征匹配方法

目的 针对影像匹配时提取特征线断裂而影响匹配结果及可靠性的问题,提出多重约束条件下的近景影像线特征匹配方法。方法 首先,采用SIFT算法获取同名点,并使用RANSAC算法进行优化,通过同名点计算仿射变换矩阵;建立格网点,利用仿射变换、Harris兴趣值及最小二乘法提高密集匹配结果的精度;其次,采取Freeman链码优先级算法提取直线,根据搜索区域内密集匹配点与直线位置关系完成特征线的初始匹配;最后通过线段重合度对初始匹配结果进行优化,并利用核线约束确定同名直线端点。结果 选取存在旋转、尺度、遮挡的近景影像进行线特征匹配实验,结果表明,与其他直线匹配方法相比,本文方法不仅在直线匹配成功数目上约为经典算法的1.07~4.1倍,而且直线匹配正确率也提升0.6%~53.3%,具有较好的准确性和鲁棒性。结论 通过多重约束有效地减小了立体影像中线特征匹配时的搜索范围,提高了直线匹配速率,且该方法适用于不同类型几何变化下的近景影像数据,并能较好地改善直线断裂及遮挡问题。     

双目立体视觉中的图像匹配方法研究

对目前匹配能力很强的基于SIFT特征的图像匹配方法进行研究,并在该方法中加入极线约束,有效去除了大部分虚假匹配。提出以特征匹配与区域匹配相结合、边缘特征与角点特征相结合的立体匹配方法。实验证明该方法不仅能够有效地缩短匹配时间,还能达到较高的匹配精度。     

基于三视图的自适应加权迭代匹配筛选算法

针对基于三视图的传统三维重建时特征点匹配后保留正确匹配点对数量过少、由图像噪声、拍摄照片时遮挡和震动等因素引起的匹配误差较大等问题,文章提出了一种自适应加权迭代算法,该算法通过给匹配点对加权进行迭代筛选来实现,可以稳定的获得数量较多、结果较准确的匹配点对,从而精确求解三视图空间约束矩阵三焦点张量.实验证明,文章提出自适...     

一种鲁棒的序列图像自动拼接方法

针对传统图像拼接方法中鲁棒性差、计算量大及自动化程度低等问题,提出一种鲁棒性高的序列图像自动拼接方法。该方法首先采用Harris角点检测算子对经Wallis滤波后的序列图像进行特征点提取,并结合Forstner算子对特征点进行精确定位。然后基于所提取的特征点,采用邻域灰度互相关法进行序列图像的特征点匹配,得到粗匹配点集,并运用RANSAC算法对粗匹配点集处理得到精匹配点集,由精匹配点集求出较高精度的基础矩阵及极线,并由极线约束引导匹配得到高精度的匹配点对,再运用双向松弛整体匹配算法进一步剔除少数位于极线上的误匹配点。最后利用所得的高精度匹配点对,求解序列图像间的仿射变换关系,并进行图像的坐标变换和融合,从而实现序列图像的自动拼接。实验结果表明,该方法拼接效果理想,鲁棒性高,整个拼接过程全自动,不需要人工干预,具有较高的实用价值。     

基于二维透射变换的视频全景图拼接算法

视频序列全景图拼接技术是视频图像分析的关键技术之一。针对帧间运动模型为二维投影变换的常见视频序列,提出了一种全景图拼接算法.该算法首先采用改进的基于RANSAC的特征点匹配算法对相邻帧的运动参数进行估计,接着采用直接法对各帧与全景图间的运动参数进行精确调整,最后运用自适应中值滤波绘制出全景图。实验结果表明,该方法能够生成较高质量的全景图,基本能实现无缝连接。     

大输液异物检测图像快速位移补偿方法

智能灯检机在进行大输液药液检测时,由于图像位移偏差带来的干扰,利用帧间差分法提取药液中的异物时经常出现误判的现象。针对上述问题,提出了一种基于加速分割测试特征（FAST）的二进制描述符分块匹配算法。首先,通过加速分割测试在不同尺度的图像上检测特征点,并利用非极大值抑制与熵值差法选择出优秀的特征点;然后,利用改进的模板在特征点周围进行采样,形成对尺度变化、噪声干扰及光照变化均有较强鲁棒性的新型二进制描述子,再将描述子进行降维;最后,利用分块匹配策略和阈值法,快速精确地匹配两帧图像,求解出并补偿位移偏差。实验仿真结果表明：在处理192万高像素图像时,该算法整体实时性能上可达到190 ms,其中新型描述子生成仅占96 ms;并且匹配准确率达到99%以上,成功地抑制了空间位置偏移较大的误匹配;计算出的误差远小于现在匹配精度较好的尺度不变特征转换（SIFT）、带方向的二进制鲁棒独立单元特征（ORB）算法,位移补偿量能精确至亚像素级,能快速补偿药瓶在图像中的位移偏差。     

图像点模式匹配的一种凸包序列的图谱方法

利用点集的凸包具有仿射不变性和局部可控性,针对图谱方法难以精确匹配旋转角度较大图像的问题,提出了图像点模式匹配的一种凸包序列的图谱方法,使得匹配在图像旋转角度较大的情形下仍具有稳定性。构建图像特征点集新的图模型（凸包）,利用改进的图谱方法对凸包进行匹配,并减小原始特征点集,迭代上述过程,通过构造凸包序列,自特征点集的外围到内部逐步匹配,得到较精确的匹配对。实现基于凸包序列的图谱方法的图像点模式匹配。实验结果表明,该方法不但能精确匹配旋转角度较小的图像,而且对于旋转角度大的图像以及多光谱图像匹配精度也较高。     

Multipass hierarchical stereo matching for generation of digital terrain models from aerial images

This paper presents a new multi-pass hierarchical stereo-matching approach for generation of digital terrain models (DTMs) from two overlapping aerial images. Our method consists of multiple passes which compute stereo matches with a coarse-to-fine and sparse-to-dense paradigm. An image pyramid is generated and used in the hierarchical stereo matching. Within each pass, the DTM is refined by using the image pyramid from the coarse to the fine level. At the coarsest level of the first pass, a global stereo-matching technique, the intra-/inter-scanline matching method, is used to generate a good initial DTM for the subsequent stereo matching. Thereafter, hierarchical block matching is applied to image locations where features are detected to refine the DTM incrementally. In the first pass, only the feature points near salient edge segments are considered in block matching. In the second pass, all the feature points are considered, and the DTM obtained from the first pass is used as the initial condition for local searching. For the passes after the second pass, 3D interactive manual editing can be incorporated into the automatic DTM refinement process whenever necessary. Experimental results have shown that our method can successfully provide accurate DTM from aerial images. The success of our approach and system has also been demonstrated with a flight simulation software. Received: 4 November 1996 / Accepted: 20 October 1997     

基于图像匹配的星载遥感影像自动几何精校正算法

提出了一种新的基于匹配技术的自动几何精校正算法,可以解决遥感影像人工几何纠正方法精度差、效率低等问题。该算法基于控制点图像片与待校正影像匹配实现控制点自动选取,然后进行异常匹配检测剔除匹配错误的控制点,保证控制点选择的精确性,并最后对遥感影像实施精校正。同时,根据以往研究成果,提出了一种更加快速、有效的多判据匹配算法。以遥感影像（光学/SAR）实例进行验证,结果证明了该方法的有效性和鲁棒性。     

基于SURF描述子的遥感影像配准

针对多源遥感影像的配准问题,提出一种基于SURF描述子的匹配算法,该算法具有稳健及高精度特性,采用SURF匹配算法得到同名点,利用一次多项式、Forstner算子和最小二乘原理由粗及精地剔除残差较大的同名点,利用提取的密集同名点构建三角网,对影像进行分块精确纠正。实验结果表明,该算法能够实现多源遥感影像的高精度配准。