基于多片前方交会的工业摄影测量自动匹配

针对数字工业摄影测量中的人工标志点的快速自动匹配问题,根据从物方空间角度描述核线的原理,提出了一种基于空间前方交会的匹配算法。该算法首先通过计算投影线间的最短距离来确定一组初始匹配像点;然后通过双片空间前方交会来确定一组潜在的物方点,并将其按距离分组;最后,将每一个潜在的物方点的坐标残差过大及属于同一张像片的像点剔除,同时通过判断与各物方点对应的像点数来确定同名像点。两组实验均证明,该算法不仅计算速度快,而且具有高匹配率和低误匹配率,能为数字工业摄影测量自检校光束法平差提供高精度的初值。     

引入极线约束的SURF特征匹配算法

目的 特征点匹配算法是当今计算机图像处理领域的研究热点,但是大多数现存的方法不能同时获得数量多和质量优的匹配。鉴于此,基于SURF （speeded-up robust features）算法,通过引入极线约束来提高特征匹配效果。方法 首先使用SURF算法检测和描述图像特征点,然后使用RANSAC （random sampling consensus）方法计算匹配图像之间的基础矩阵,通过该基础矩阵计算所有特征点的极线。再引入极线约束过滤掉错误匹配,最终获得数量与质量显著提高的匹配集合。结果 实验结果表明,该方法获得的匹配具有高准确度,匹配数目与原约束条件相比可高达2～8倍。结论 本文方法实现过程简单,不仅匹配准确度高且能够大大提高正确的特征匹配数,适用于处理不同类型的图像数据。     

具有抗仿射性的局部特征点匹配方法

针对现有局部特征匹配算法对具有仿射性的图像匹配效果欠佳、耗时较长,以及随机采样一致性（RANSAC）算法对仿射性图像匹配得不到较好的参数模型等问题,提出一种具有抗仿射性的A-AKAZE（Affine Accelerated KAZE）算法,并用向量场一致性来筛选内点。首先利用非线性函数构建尺度空间,然后借助Hessian矩阵检测特征点,并以特征点为中心选取合适的区域作为特征采样窗口;再把特征采样窗口在经纬度上进行投影以模拟不同角度对图像的影响,随后在投影区域中提取具有抗仿射性的A-MLDB（Affine Modified-Local Difference Binary）描述符;最后利用向量场一致性算法提取内点。实验结果表明：A-AKAZE算法的正确匹配率相较于AKAZE算法提高了20%以上,与AKAZE+RANSAC算法相较提升了15%左右,与ASIFT（Affine Scale-Invariant Feature Transform）算法相比提高了10%左右,相比ASIFT+RANSAC算法提高了5%;而且该算法的匹配速度远高于AKAZE+RANSAC、ASIFT和ASIFT+RANSAC算法。     

基于极线约束的ORB特征匹配算法

图像匹配是机器视觉领域的基础核心课题,针对当前ORB (Oriented FAST and Rotated BRIEF)图像特征匹配算法虽然执行速度快,但是匹配质量不高的问题,提出一种通过极线约束来改进ORB匹配的算法。通过合理设计Hamming阈值大小来提高初始匹配点数量,采用RANSAC和8点改进法计算基本矩阵,应用极线约束剔除误匹配保留大量优质匹配点。仿真实验结果证明,算法改进后的优质匹配点数量可达原始算法的2-3倍,同时极大地提高了匹配点的质量,证明了算法的有效性。     

高效的图模型点模式匹配算法

点模式匹配的概率图模型具有很好的匹配精度,但是计算复杂度较高,当隔离子中包含异常点（outlier）时匹配精度会受到较大的影响。为了提高匹配的速度和精度,提出了一种由粗到精的图模型点模式匹配算法。利用包含特征点的窗口,用标准化互相关方法对特征点进行粗匹配,以减少异常点的数量,提高后续匹配方法的速度和精度。提出了一种新的点模式匹配的概率图模型,这种图模型能综合利用特征点的位置信息和包含特征点的邻域的灰度信息。利用提出的概率图匹配方法对粗匹配所得到的点对进行分段匹配,得到精确的匹配结果。对光学图像和遥感图像的匹配实验显示该方法能显著减少点模式匹配时间,提高匹配的精度。     

基于数字近景立体摄影的三维表面模型构建

采用经过标定的数字近景立体摄影系统Z—System获取待建模对象的数字立体像对序列，探讨利用这些立体像对进行三维表面构建的方法。在构建三维目标表面模型时，首先根据数字近景立体摄影测量原理，提取目标表面的特征点和计算特征点的三维坐标；然后利用各立体像对内特征点的像平面坐标，按二维空间TINTIN（triangulated irregular network）构建方法得到离散特征点在三维空间中的拓扑连接关系，进而构建单像对内目标的局部表面TIN模型；最后再利用序列像对间的公共连接点，进行坐标转换，从而在三维空间中将各单立体像对的表面模型拼接成一个完整的三维表面模型。实验结果表明，该方法具有快速灵活的特点且行之有效。     

地形适配性快速计算方法研究

在地形匹配辅助导航系统中，匹配性能取决于地形的适配性。在数字地形图上，为了对它的适配性进行分析，必须依照由系统性能所确定的匹配区选择准则计算相应参数，确定适合于地形匹配的点（区），即适配点（区）。随着处理区域的增大，这些参数计算量急剧增加。为了加快计算速度，本文以方差、地形粗糙度、相关长度等参数计算为例，推导出快速算法，并给出了实验比较结果。     

一种改进的快速特征点信息匹配算法

特征点匹配在图像检索、模式识别等技术中起着重要的作用。已有的匹配算法如SIFT（DoG）,Harris以及SUSAN算法,虽然可以提取高质量的特征点,但是这些算法本身计算量比较大,难以将其运用于实时性要求比较高的应用中。提出一种改进的快速特征点匹配算法,采用Guoshen Yu和Jean-Michel Morel提出的全仿射方法,对局部特征点进行仿射变换并模拟摄像机成像原理,根据摄像机成像的仿射关系提取特征点并使用随机蕨类算法训练分类器,使用RANSAC去除坏点,实现对特征点的快速准确匹配。实验结果表明该方法提高了图像的匹配点数,同时降低了匹配时间。     

基于改进主动表观模型算法的人脸特征定位

人脸特征点的精确定位一直是人脸图像处理的重要研究内容,特征点定位精确与否直接影响后续工作结果的好坏。在基于反向组合AAM（Active Appearance Models）人脸特征点定位算法的基础上,提出结合特征点局部纹理模型来对AAM初始形状参数做最优化以及对AAM匹配模板升级的改进。改进的算法采用特征点局部纹理模型和AAM全局纹理模型结合的方法来最优化AAM初始形状参数,并在此前提下对AAM匹配模板进行升级,使其更接近待匹配图像的信息。在精确的匹配模板和优化的初始形状参数下,匹配的最终精度会得到提升。实验和理论证明,改进后的算法比传统反向组合AAM算法以及现有改进的PAAM（Progressive AAM）算法以及简单的结合ASM和AAM的改进算法都有更好的特征点定位精度。     

三维形状部分相似性匹配的逐点配对方法

为了计算2个三维模型可能存在的部分对应表面的形状相似问题,提出一种基于2个三维模型表面之间所有的点与点配对的三维形状匹配方法.在2个不同的部分中独立确定匹配的旋转参数与平移和尺度缩放参数,从而避免了形状匹配中计算量巨大的问题.其中,形状匹配的旋转参数通过匹配2个三维表面法线获得;平移和尺度缩放参数由2个三维表面对应点处切平面的结构关系确定.实验结果表明了该方法的可行性.     

Brovey 融合与小波融合对QuickBird 图像的信息量影响

图像融合是解决多源遥感图像综合的最有效技术手段, 针对不同数据源选择最佳的融合方法是提高图像融合质量的关键。在分析了Brovey 融合和小波融合的理论、算法和融合过程的基础上,对QuickBird 的全色波段图像和多光谱波段图像数据进行融合实验, 然后从定性和定量两个方面对融合效果进行了分析与评价。定性分析是从色调、纹理和清晰度等方面进行分析, 而定量分析是根据熵、平均梯度和光谱真实性等指标进行分析, 实验结果表明: 在处理QuickBird 遥感图像时, 采用小波融合的图像既保持了较高的空间分辨率, 又具有较好的光谱特性; 而采用Brovey 融合的图像虽然图像空间分辨率也较高, 但光谱信息丢失较大, 因此Brov ey 融合方法并不适用于处理QuickBird 遥感图像。     

基于相关性比较算法的均值漂移图像分割*

迭代过程中带宽的大小对算法的准确性和效率有很大的影响,它不但决定了参与迭代的采样点数量,而且还会影响算法的收敛速度和准确性,因此带宽的选择十分重要。采用相关性比较算法计算均值漂移算法中的带宽,然后将均值漂移算法用于图像分割。实验结果表明,新算法能够获得较好的图像分割效果和质量。     

一种空域窗口相关的多源图像融合策略

根据不同传感器获得的同一场景的多幅图像之间具有信息的冗余性和互补性,在小波域图像融合的范畴内,提出了一种基于空域窗口相关的图像融合策略。综合考虑二进小波域的各种相关关系如尺度间相关性、尺度内子带间相关性和子带内系数的空间聚集特性,定义一种新的空域窗口相关函数对其进行整体描述以衡量图像边缘强度,并以之构造融合策略进行图像融合。该策略应用于红外和可见光图像融合的仿真实验中,取得了更优的量化指标,总体融合性能强于现有的图像融合策略。     

Dense Stereo Matching over the Panum Band

Stereo matching algorithms conventionally match over a range of disparities sufficient to encompass all visible 3D scene points. Human vision, however, works over a narrow band of disparities—Panum's fusional band—whose typical range may be as little as 1/20 of the full range of disparities for visible points. Only points inside the band are fused visually; the remainder of points are seen diplopically. A probabilistic approach is presented for dense stereo matching under the Panum band restriction. It is shown that existing dense stereo algorithms are inadequate in this problem setting and the main problem is segmentation, marking the image into the areas that fall inside the band. An approximation is derived that makes up for missing out-of-band information with a “proxy” based on image autocorrelation. It is shown that the Panum Proxy algorithm achieves accuracy close to what can be obtained when the full disparity band is available, and with gains of between one and two orders of magnitude in computation time. There are also substantial gains in computation space. Panum band processing is also demonstrated in an active stereopsis framework.     

Sentinel-2 Satellite Image Fusion Methodand Quality Evaluation Analysis

Sentinel-2 satellite sensors acquire three kinds of optical remote sensing images with different spatial resolutions.How to improve the spatial resolution of lower spatial resolution bands by fusion method is one of the problems faced by Sentinel-2 applications.Taking the Sentinel\|2B image as the data source,a high spatial resolution band was generated or selected from the four 10m spatial resolution bands by four methods:the maximum correlation coefficient,the central wavelength nearest neighbor,the pixel maximum and the principal component analysis.We fused the one high spatial resolution band produced and six multispectral bands with 20 m spatial resolution by the five fusion methods of PCA,HPF,WT,GS and Pansharp to produce six multispectral bands with 10 m spatial resolution and the fusion results were evaluated from three aspects:qualitative and quantitative (information entropy,average gradient,spectral correlation coefficient,root mean square error and general image quality index) and classification accuracy of fused images.Results show that the fusion quality of Pansharp with the maximum correlation coefficient is better than other fusion methods,and the classification accuracy is slightly lower than the GS with the pixel maximum of the highest classification accuracy and far higher than the original four multispectral image with 10 m spatial resolution.According to the classification accuracy of experimental data,different fusion methods have different advantages in extraction of different ground objects.In application,appropriate schemes should be selected according to actual research needs.This research can provide reference for Sentinel-2 satellite and similar satellite data processing and application.     

定位图像匹配尺度与区域的摄像机位姿实时跟踪

目的 提出一种定位图像匹配尺度及区域的有效算法,通过实现当前屏幕图像特征点与模板图像中对应尺度下部分区域中的特征点匹配,实现摄像机对模板图像的实时跟踪,解决3维跟踪算法中匹配精度与效率问题。方法 在预处理阶段,算法对模板图像建立多尺度表示,各尺度下的图像进行区域划分,在每个区域内采用ORB（oriented FAST and rotated BRIEF）方法提取特征点并生成描述子,由此构建图像特征点的分级分区管理模式。在实时跟踪阶段,对于当前摄像机获得的图像,首先定位该图像所对应的尺度范围,在相应尺度范围内确定与当前图像重叠度大的图像区域,然后将当前图像与模板图像对应的尺度与区域中的特征点集进行匹配,最后根据匹配点对计算摄像机的位姿。结果 利用公开图像数据库（stanford mobile visual search dataset）中不同分辨率的模板图像及更多图像进行实验,结果表明,本文算法性能稳定,配准误差在1个像素左右;系统运行帧率总体稳定在2030 帧/s。结论 与多种经典算法对比,新方法能够更好地定位图像匹配尺度与区域,采用这种局部特征点匹配的方法在配准精度与计算效率方面比现有方法有明显提升,并且当模板图像分辨率较高时性能更好,特别适合移动增强现实应用。     

ETM影像融合的评价分析

针对Landsat-7 ETM影像，对采用HIS变换、Brovey变换、相关系数加权法、SFIM变换、ISVR变换5种方法实现的ETM全色波段与ETM多光谱波段融合结果进行分析，并以均值、标准差、信息熵、平均梯度及相对偏差作为评价指标，通过试验对融合影像进行综合定量评价。结果表明，HIS变换光谱失真最大；Brovey变换在光谱保真和保持空间分辨率方面都不理想；相关系数加权法的融合结果严重地依赖权系数的取值；基于SFIM变换的融合方法，能最大限度地保留光谱特征，但空间分辨率提高不明显；而基于ISVR变换的融合方法，光谱失真小，空间分辨率高，其最大优势是考虑了多光谱影像与全色影像间的波段关系，可作为ETM影像融合的最佳方法。
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利用ASTER数据评价ETM+遥感数据自身融合效果

ETM+自身融合后的遥感影像折中了全色波段的高空间分辨率和多光谱波段的光谱分辨能力。通过同一季相和同一地区的ASTER影像和ETM+自身融合后影像的极限放大进行对比分析,发现ETM+自身融合后的彩色合成影像的空间分辨力达不到15 m,但能保证到17.3 m;通过ASTER影像和ETM+融合后影像的NDVI植被指数的对比分析,发现ETM+自身融合后的彩色合成影像的综合光谱分辨能力仍能保持ETM+彩色合成影像的73%以上。ETM+自身融合效果的好坏与融合算法优劣也具有一定的关系。     

利用FIHS和BT的遥感影像融合改进算法

影像融合可以显著提高影像的空间分辨率,但融合时高频信息的注入势必会造成融合影像的光谱失真。在对FIHS（Fast Intensity-Hue-Saturation）算法和BT（Brovey Transformation）算法光谱失真原理研究的基础上,提出一种能有效减弱光谱失真和提高影像空间分辨率的FIHS-BT算法。该算法通过利用全色影像的低频信息和多光谱影像生成模拟全色影像,减弱全色影像低频信息对融合影像光谱信息的影响,削弱多光谱影像高频信息对融合影像高频信息的干扰;然后,采用FIHS和BT乘积的平方根生成融合影像,以减小饱和度在变换中被拉伸或压缩的程度。选取IKONOS影像为数据源,采用BT等九种融合算法与FIHS-BT算法进行融合比较实验,并对融合结果从光谱保真度和高频信息融入度两个方面进行定性和定量评价。实验结果表明,FIHS-BT算法在光谱保真度和高频信息融入度方面较FIHS算法和BT算法均有显著改善。     

基于网格变形的从图像重建三维人脸

从图像重建高质量三维人脸一直是计算机视觉和图形学的一个重要研究问题.不同于传统的基于立体匹配的窄基线多视几何和数据驱动的人脸形变方法,提出一种结合网格变形技术和立体视觉原理的、从图像重建高质量三维人脸模型方法.给定从不同视角拍摄的几幅人脸图像,基于健壮图像特征获得可靠的相机外部参数和稀疏三维点;在此基础上,提出一种结合几何细节保持和图像一致性约束的三维人脸变形算法重建三维人脸,通过对人脸模板的网格变形,使得变形人脸在多幅图像中的可见投影具有一致性的图像颜色强度.基于模板的人脸变形可以有效地解决三维模型成像中的遮挡问题,采用健壮估计法消除噪声、离群点和光照对目标函数收敛性的影响,对目标函数的多次非线性优化求解进一步改进了人脸重建的质量.采用合成人脸图像和真实人脸图像重建三维人脸的实验结果表明,文中算法可以从几幅宽基线图像重建高质量的三维人脸模型.