基于增强型MAD算法的地形辅助导航仿真研究

针对地形辅助导航系统中的地形匹配计算问题,提出一种增强型平均绝对差(MAD)算汉.算法采用最近时刻的位置偏差信息计算当前搜索区域中的高程匹配序列,使系统在任意时刻均可获得当前的地形匹配值,保证了匹配计算的连续性.在此基础上,根据MAD相关系数对数字地图上各搜索点的位置信息进行融合计算,以获取最佳的匹配点.为降低计算冗余量,在重叠的搜索区域对算法进行了优化.另外,当地形特征不明显时引入了判决机制,以增强算法的稳定性.仿真结果表明算法具有较好的动态定位效果.     

面向二维GIS矢量数据三维可视化的地形匹配技术研究

提出一种二维GIS矢量数据三维可视化过程中地物与地形的快速匹配方法.结合矢量所代表地物的特性,对基于矢量信息的三维地物进行了分类,综合采用了地物匹配地形和地形匹配地物两种方法.地物匹配地形算法通过实时调整地物的位置和姿态实现与地形的匹配,地形匹配地物算法以不同的距离度量为基础,对矢量约束域内地形进行变形操作实现匹配.本算法还讨论了原始地形数据分辨率较低以及多个地形匹配影响域相交等特殊情况的处理方法.试验结果表明,本方法能满足基于点、线、面矢量信息的三维地物与地形的匹配需求,实现地物与地形无缝结合及平滑过渡,从而达到改善视觉效果的目的.     

基于极大似然估计的AUV水下地形匹配定位方法

针对自主式水下机器人(AUV)长时间水下作业时精确定位的需求,以多波束测深仪作为水下地形测量手段,利用极大似然法则对地形特征进行相关性分析,提出了一种基于极大似然估计的水下地形匹配定位方法.针对平坦地形区域似然函数出现的伪波峰的影响,引入费希尔判据准则对其进行约束,有效地剔除了伪峰值点,增强了对地形平坦区域地形特征的识别率.基于某电子海图数据和多波束测深仪海上试验数据的仿真结果,验证了该方法的有效性和实用性.     

一种基于SIFT和SUSAN特征的图像匹配方法

针对SIFT方法在角点检测上的不足,提出了一种基于SIFT和SUSAN混合特征匹配的自动匹配算法。算法应用SIFT和SUSAN两种具有互补特性的局部不变特征,利用SIFT方法检测空间极值特征点,利用SUSAN方法检测角点,结合两种特征点位置,利用SIFT方法生成匹配特征向量,最后根据最近邻特征点距离与次近邻特征点距离之比确定初始匹配点对,实现图像的配准。实验表明该算法有效,能够提高图像的自动匹配准确性。     

一种由粗到精的人眼定位方法

为提高人眼定位算法的实时性和抗噪性，提出了一种基于眉眼区域内“凹陷”地形特征点检测和人眼方差滤波器的人眼定位方 法(GPL)。该方法利用Gabor小波变换和直接提取“凹陷”地形特征点技术，在眉眼区域内搜索眼睛候选点，并且利用构造的人眼方差滤波器精确定位人眼。在有噪声和无噪声的人脸图像上进行了比较仿真试验。结果表明，与纯粹基于地形特征匹配的人眼定位算法相比，GPL在定位实时性、准确性和抗噪性方面都有显著提高。     

基于图像显著区域检测的SIFT特征匹配方法研究

针对目标检测中利用SIFT算法在提取图像特征时提取的背景特征点所占比例较大,提出了一种图像显著区域与SIFT算法相结合的目标匹配方法。为使检测出的极值点与人眼观察到的极值点相似,提出对尺度空间中的图像进行显著区域的检测;为了使特征点具有仿射不变性,对特征点进行椭圆拟合;特征匹配时引入夹角余弦相似度测度方法。实验表明,该算法在实时性以及匹配准确率方面都优于传统的SIFT算法。     

一种改进的地形熵匹配导航算法

提出了一种改进的地形熵辅助导航算法.因为地形熵算法丢掉了地形的相对位置信息及对地形数据做了归一化处理,使得其在地形跟随/地形回避中的应用存在着匹配误差容易发散的问题.基于此点,提出了基于卡尔曼滤波的惯性地形辅助导航方法,交互信息量等方法的地形熵算法,以改进该算法在地形跟随/地形回避中应用的性能.最后用matlab软件根据分形学中Weierstrass-Mandelbrot函数产生了模拟的数字地图,并对该地形匹配导航方法作了仿真研究,仿真结果表明该方法可以抑制误差的发散,并提高了地形匹配的定位精度.     

基于地面特征点匹配的无人驾驶车全局定位

针对室外环境特点,设计将摄像机安装在车辆底部,提出一种基于地面特征点的地图匹配法以获取车 辆定位信息．定位方法分为两步：(1) 手动控制车辆在环境中运行,保存RTK（real-time kinematic）-GPS、里程计和 摄像机等传感器数据,离线自动创建地面特征点地图,并利用一种特殊的地图组织方式来提高地图搜索和匹配效 率;(2) 利用地图匹配对车辆进行定位,其中采用一种基于M 估计加权ICP（iterative closest point）算法的特征点对 应和匹配参数求解方法,并进一步采用UKF（unscented Kalman filter）算法融合地图匹配和航位推算的结果以提高 定位鲁棒性．实验结果表明了该方法的有效性．     

基于极值约束的鞋底边缘立体匹配

为了提取鞋底边缘特征,提出了一种中间加光源的双目立体视觉测量方法,增大边缘内外的对比度。针对鞋头和鞋跟特征匹配,提出了基于极值约束的边缘立体匹配方法。该方法分三步：采用Canny算子提取左右图像的边缘;对鞋跟和鞋头部分的边缘点利用最小二乘三项式曲线拟合,求取边缘点上与曲线极值点最近的点作为极值特征点;利用长度均分法进行其他边缘点的匹配。对鞋底进行双目三维测量实验,结果表明,中间加光源可使得图像边缘清晰,便于边缘提取;提出的匹配方法获得的鞋底边缘三维数据完整、正确,有效地抑制了匹配错误。     

基于数字图像处理的海底三维地形重建方法

水下地形匹配辅助导航是目前导航领域研究的新方向,而分析地形匹配算法需要以水下三维数字地图为基础。为了得到满足匹配精度要求的海底三维数字地图,提出了一种利用GeoTIFF格式的海底地形图像重建数字高程模型(Digital Ele-vation Model,DEM)的方法:首先提取图像中的像素颜色信息和地理信息,然后通过数字图像处理技术得到水深数据规则网格,利用插值方法进行平滑处理,最后对海底三维地形进行重建并利用该图进行了地形匹配仿真。仿真结果证明了上述方法是有效地获取海底数字地图手段,为分析海底地形匹配算法提供了基础。     

基于蝶形细分自适应算法的三维地形仿真

基于格网法提出了蝶形细分自适应算法进行三维地形模拟,以原网格顶点的法向量为约束条件,通过对初始三角形控制网格进行多阶曲线迭代插值的非静态细分,实现几何造型.插值点的计算依据网格的局部几何特征,根据三角形网格上顶点的平坦度进行有选择性的自适应细分,同时对细分过程中产生的曲面裂缝加以弥补.地形仿真实例显示新的自适应细分方法可以很好地继承原始网格的形状特征,在曲面的光滑度和真实性上更加完善,加快了图形处理的速度.     

基于运动估算的多分辨率地形分块调度方法

针对常用的基于视点位置进行地形分块调度方法存在可视窗口固定、调度范围和时机不能根据视点运动特点进行调整而导致内存利用率低的问题,提出一种基于运动估算的地形分块调度方法.以数据密度为标准进行多分辨率地形划分,结合四叉树和二维矩阵对地形分块建立空间索引,重点研究以视点位置、视线方向、视点运动向量和地形分块数据量为参数的调度方法;通过计算预加载区域和卸载区域的地形分块,实时更新其调度范围和调度时机.实验结果表明,与基于视点位置的方法相比,该方法平均能提高3～4倍左右的内存有效数据比例和绘制帧速.     

双域单向水平倾角最小化圈绕凸壳新算法

本文依据同构化凸壳构造基本定理，提出了效率更高的双域单向水平倾角最小化圈绕二维点集凸壳新算法，实现了对卷包裹凸壳算法、单域单向水平倾角最小化圈绕凸壳算法的改进与创新。本新算法的同构化特点是：1）“初始顶点与双域生成”处理：找出给定二维点集S的最低点和最高点，即Y轴坐标值最小点（若有多个最小点，则只取最左的最小点）和Y轴坐标值最大点（若有多个最大点，则只取最右的最大点），作为凸壳逆时针圈绕的初始顶点；并以这两个初始顶点为端点的线段，把原二维点集划分为两个独立的子点集S右、S左。2）进行单向“圈绕寻找下一新顶点”：A）在S右内，过逆向次新顶点作X轴正向射线，并找出当前子点集内对该逆向次新顶点正向射线（为始边的）倾角最小的点，此最小点即为S右逆向最新顶点；B）在S左内，过次新顶点作X轴负向射线，并找出当前子点集内对该逆向次新顶点负向射线（为终边的）倾角最小的点，此最小点即为S左逆向最新顶点。3）删除对已得各项点所构成的子凸壳各内点。4）仅当所剩当前点集非空时才从“2）”继续作逐边双域单向圈绕。     

一种新的地物与地形的网格融合方法

三维地形可视化中重要的地物模型需要使用CAD软件（3D Studio MAX/AutoCAD（3D）/MultiGen）构建的模型数据,来逼真表示城市的精细结构、材质特征及地物的内部形态,在将其和地形网格集成的过程中,必须让地物和地形之间实现无缝融合。提出了一种新的地物和地形的融合方法：首先读取地形高度图,利用基于四叉树的LOD技术生成地形网格,其次导入三维地物模型并放置于地形网格某位置,对三维地物模型投影得到地物模型的底面网格边界框及点集,地物边界框对应的地形网格分裂,产生融合位置的地形网格边界及对应点集,根据地物网格边界和地形网格边界的这两个点集以及Delauney三角形限定条件生成三角网,实现网格融合。利用该方法实现了四叉树LOD技术生成的地形和地物的融合,最后讨论了该方法的特点及应用。     

地形最大信息熵方向分析在地形匹配中的应用

军事地理信息系统ＭＧＩＳ是地理信息系统的一个子集，它是以与军事目的相关的地理空间数据为特定研究对象的信息系统。军事地理信息系统比民用地理信息系统更强调地形分析的作用，因为地形与各种军事活动紧密相关。如：通过通视分析，步兵可决定部队的隐蔽区，炮兵可决定射吉的盲区等；通过对特定区域地开遥纹理分析，分数维分析，最大信息熵方向分析可作为巡航飞行器地形匹配时地形选择的准则。本文着重针对巡航飞行器地形匹配原理     

基于双域双向水平倾角最小化圈绕的凸壳新算法

本文依据同构化凸壳构造基本定理,提出效率更高的双域双向水平倾角最小化圈绕凸壳新算法.本新算法的同构化特点是:1)"初始顶点与双域生成"处理:找出给定二维点集S的最低点和最高点,即Y轴坐标值最小点(若有多个最小点,则只取最左的最小点)和Y轴坐标值最大点(若有多个最大点,则只取最左的最大点),作为凸壳(逆时针围绕的)A向初始顶点、(顺时针圈绕的)B向初始顶点;并以这两个初始顶点为端点的线段,把原二维点集划分为两个独立的子点集S右、S左.2)在S右内,进行双向"圈绕寻找下一新顶点"即凸壳A向、B向最新顶点寻找处理:分别过自己的最近新顶点,作X轴正向射线,并A向或B向找出当前点集内对该顶点正向射线(为始边的)倾角最小的点;删除对已得各顶点所构成的子凸壳内点,当所剩当前点集非空时继续作"2)"逐边圈绕,直到为空.3)同理,在子点集S左内,进行双向"圈绕寻找下一新顶点"即凸壳A向、B向最新顶点寻找处理.     

Development of a GPU Accelerated Terrain Referenced UAV Localization and Navigation Algorithm

This study focuses on localization and navigation of Unmanned Air Vehicles (UAVs) based on digital terrain map data. The solution to the Terrain Referenced Localization and Navigation (TERELONA) or Terrain Referenced Navigation (TRN) is described by using particle filter. In many UAV applications one of the most important points is to provide accurate location information continuously. TERELONA system can supply the air vehicle with the accurate position information with a bounded error. In this paper, the particle filtering method as an implementation of Bayesian approach to the terrain referenced localization and navigation is described. The radar altimeter measurements are used as an implicit representation of aircraft position. Whenever new measurements are taken from radar altimeter, they are compared to the Digital Terrain Map (DTM) data in order to fix a position. The solution is represented, in a Bayesian framework, by a set of particles with their corresponding weights. We have developed the terrain referenced localization and navigation algorithm based on the particle approximation. The proposed algorithm, which is developed in CUDA^TM, is also tested on the GPU environment using GPUmat software architecture. Thus, we can cope with the computational load of the very large initial horizontal position errors. The proposed algorithm has been implemented in MATLAB^TM environment and evaluated on simulated data. Simulations are conducted over an ASTER GDEM product which belongs to a region in northwest of Turkey. The simulation results are provided.     

快速多边形区域三角化算法与实现 *

多边形区域三角化的基本思想是 :首先将简单多边形分解为多个单调多边形 ,然后对每个单调多边形进行三角化。快速多边形区域三角化算法先由多边形顶点的位置特征分为不同的类型 ,并沿指定方向对顶点进行排序 ,然后顺序取出各顶点 ,根据顶点类型 ,确定准单调多边形的产生、增长或结束 ,最后对所产生的多个单调多边形进行三角化。该算法充分利用多边形的顶点、边的拓扑关系 ,计算量少、实现简单 ,适用于带有洞、岛的任意简单多边形 ,速度较快。     

A new method of mesh simplification for 3-Dimension terrain using Laplace operator

This paper proposes a new method to simplify mesh in 3D terrain.The 3D terrain is presented by digital elevation model.First,Laplace operator is introduced to calculate sharp degree of mesh point,which indicates the variation trend of the terrain.Through setting a critical value of sharp degree,feature points are selected.Second,critical mesh points are extracted by an recursive process,and constitute the simplified mesh.Third,the algorithm of linear-square interpolation is employed to restore the characteristics of the terrain.Last,the terrain is rendered with color and texture.The experimental results demonstrate that this method can compress data by 16% and the error is lower than 10%.     

一种新的三维地景库的建模方法

针对传统的模拟器计算机成像系统之不足,提出了1种新的视景系统的建模方法,即基于矢量数字地图的三维地景生成算法。该算法以矢量地图为约束,各种地表纹理作为输入样图,用矢量地图中的高程信息构建三维地形网格,并根据矢量数字地图中图元之间的不同属性映射相应的纹理,得到了与矢量数字地图相一致的三维地景。与传统的地景库生成算法相比,新算法生成的三维地景更加真实精确;解决了以往地景库一经生成就无法更改的问题;具有一定的预测和重现场景的功能;缩短了地景库的开发周期,降低了开发成本。同时,运用了基于视点的地景数据动态调度策略,可实现真实场景的实时绘制。