摄影测量系统仿真及验证技术研究

深入探讨理想摄像机成像的过程与OpenGL透视投影的机理,在理论角度证明通过设定OpenGL参数可使虚拟图像与真实摄像机拍摄结果一致.对单撮像机成像、双撮像机成像、径向畸变以及镜面反射、结构光等几种摄影测量情况进行了仿真.提出一种可靠的验证方法,预先设定摄像机的内外参数,由OpenGL渲染生成不同位置的checkerboard图像,利用第三方标定程序包进行标定.标定结果与预先设定的摄像机参数一致,在实践上证明了理论推导的正确性.通过本系统可以了解摄像机在理想状态下成像的基本过程,为视觉系统标定、立体匹配、畸变校正、动态识别等大部分视觉算法的仿真奠定基础.     

一种复杂背景下模板检测与定位的新方法

在基于摄像机的场景测量中,图像采集的同时需要获得摄像机的参数,即进行摄像机定标。在利用参照物的自动标定过程中,首要任务就是实现测量场景中参照物(或模板)的自动检测与精确定位。为此提出了一种复杂背景下模板检测与定位的新方法。该方法包括模板检测与精确定位两个步骤。前者利用图像分割与形态学方法实现模板的粗定位;后者则结合边缘检测和Radon变换等技术确定模板的精确位置。实验结果表明,该方法实现简单、性能可靠,可适用于各种复杂的场景图像中。     

基于摄像机运动的简单虚拟场景生成

利用摄像机标定技术和视频融合技术设计了一个基于摄像机运动的简单虚拟场景生成系统。首先对摄像机进行标定，然后利用摄像机的运动参数根据摄像机成像模型计算出3-D实景中特定的位置在2-D视频图像上的映射，最后利用映射结果对虚拟景物进行透视变换，并把它实时融合到视频图像特定位置中形成新的视觉效果，实现了一种类似于虚拟演播室的简单、有效、实用的视频制作新方法。实验表明该方法实时性好、生成的虚拟场景效果逼真。     

基于立体视觉的三维曲面测量关键技术研究

利用立体视觉测量曲面有三个难点一是摄像机标定,建立图像点与空间点的映射关系;二是立体匹配,在左右图像上寻找对应点;三是测量大型物体时,需要拼接图像.首先根据人眼感知事物的原理,利用神经网络拟合图像点与空间点的映射关系,避开直接对摄像机标定;接着以光栅投影曲线为特征,利用小波边缘检测和搜索式无监督聚类,结合视觉几何不变性,实现亚像素级的立体精匹配;最后采用小波多尺度多非分辨率的特性,拼接图像,融合数据,实现曲面全方位测量,且测量精度在0.5mm/m以内.     

基于正弦直线过载的惯组动态误差标定方法

为解决惯性测量组合误差模型中与过载相关的动态误差难以在地面精确标定的问题,提出了一种基于正弦直线过载试验系统的惯性测量组合动态误差标定方法。所提方法通过构建满足惯性测量组合测试要求的正弦直线过载试验系统,并利用该系统提供过载的正弦特性和直线往复运动的周期特性,结合惯性测量组合在正/负半周期内的脉冲输出标定惯性测量组合动态误差。试验结果表明,采用所提方法标定的惯性测量组合动态误差重复性、一致性好,可为惯性测量组合动态误差的地面精确标定提供一种有效的手段。     

一种内部参数可变的摄像机自定标新方法

在计算机视觉的研究中 ,定标、运动、结构与匹配是常用到的 4个方面的信息 ,而定标是进行运动和结构分析的必要条件 ,不需要参照物而利用图像系列进行摄像机自定标问题在 2 0世纪 90年代初就有所突破。然而 ,大多数自定标研究仍然集中于在视觉任务完成过程中摄像机内部参数固定不变的情况 ,在内部参数发生变化时 ,这些方法还不能适用。扩展以前利用Kruppa方程进行摄像机自定标的方法 ,通过对基础矩阵进行奇异值分解(SVD) ,将Kruppa方程简化 ,得出了一种可处理内部参数发生变化时的摄像机自定标方法。仿真实验证明了该方法的可行性。     

基于虚拟标定场的数码相机内参数标定方法

建筑物表面纹理数据获取与真实纹理映射一直是数字城市亟待解决的难点问题,也是真实感图形学研究的重点内容。结合相机成像理论,提出一种基于虚拟标定场的数码相机标定方法,通过一组图像构建虚拟标定场,解算数码相机内部参数,快速自动纠正图像畸变,为实现真实纹理映射奠定基础。并对该方法获得的标定参数进行了实验,证明满足纹理映射的要求。     

三维欧氏重构的快速算法

提出一种分层三维欧氏重构算法。以仿射投影来逼近透视投影,采用线性迭代估计射影深度,通过测量矩阵的奇异值分解实现射影重构。然后利用场景中的平面与像平面的单应矩阵关于摄像机内参数的约束来实现摄象机的标定,最后求解一个满足欧氏重构条件的4×4非奇异矩阵,通过此矩阵将射影重构变换为欧氏重构。实验结果表明该算法是行之有效的。     

机器人/视觉系统非标定的平面运动跟踪

研究机器人与未标定关系的视觉传感系统之间的协调控制策略,其中目标运动及机器人跟踪运动均限定在二维工作平面。摄像机固定在工作区域中,它与机器人坐标系和工作平面之间的关系未知。机器人运动由摄像机观察到的上一控制周期中规划的手运动及目标当前位置决定,机器人与视觉系统之间的协调与它们两者之间的标定关系无关。文末的仿真显示了这一方法的有效性。     

彩色遥感图像的几何校正

遥感成像时 ,由于飞行器的姿态 (侧滚、俯仰、偏航 )、高度、速度等因素的变化及传感器自身特性造成图像像素相对于地面目标的几何畸变。利用由惯性导航系统同步记录的CCD线阵传感器的外方位元素和在实验室标定的CCD像元的内方位元素建立 3条CCD线阵传感器成像的几何校正模型 ,通过仿真实现了遥感成像的几何畸变及几何校正     

基于灭点的三维物体重建

在总结灭点属性的基础上,提出了一种基于灭点的三维物体重建方法.首先利用灭点计算出相机的内、外部参数,在此基础上,计算出物体上各点的三维空间坐标,然后通过对物体进行绘制及纹理映射,实现三维物体的重建.实验表明,这种基于灭点的物体重建方法能够恢复场景中各点之间的位置关系,以及各线段之间的长度比例关系,满足虚拟现实系统的需要.     

基于多适应值全参数自主变异粒子群的立体相机标定

基于视觉测量的目标参数获取为仿真系统的性能分析与评估提供可信的数据支持,相机参数标定的精度又决定着测量结果的可靠性。提出采用多适应值全参数自主变异粒子群的相机标定方法,利用传统标定法获取相机的初始内参,通过惯性系数收缩调整、给出基于粒距的全局因子学习调节策略、引入多适应值函数以及设计自主变异律,实现基于粒子群优化标定算法的快速和全局化收敛。实验结果显示本文方法在一定程度上提高了相机的标定精度并可以应用于实际工程之中。     

架空输电线横向舞动角度仿真计算

为了获得有效的测量信息,建立架空输电线舞动自动监测系统,采用图像与视觉分析方法,提出了一种横向舞动角度的计算方法。首先采用固定于杆塔上的摄像头拍摄电缆图像,根据指定区域及预设数量检测出电缆,并进行曲线拟合得到相关参数,再针对横向舞动建立简化模型,推算舞动角度与图像中电缆轨迹参数的关系,最后计算出输电线路的横向舞动角度,为舞动的动态监测与数据记录提供了一种新的思路。仿真实验验证了算法的正确性,而且能满足实时性要求。     

机载摄像机优化调整模型及其应用

成像变换涉及到不同的坐标系统之间的变换,各个坐标系统的相互关系是建立机载摄像机模型的基础。摄像机的调整首先要根据无人战斗机(UCAV)与目标的当前速度等因素预测下一次检测时各自的位置、UCAV的姿态等参数。可以通过分析小时间片内的变化情况,实现UCAV及机载摄像机的控制与调整。实验结果表明,本文的方法有较好的实时性,可以使目标始终位于视频图像的中心位置附近,对于目标中心点的预测及图像跟踪是有效的。     

利用光流预测的增强现实系统注册方法

针对目前增强现实领域由于系统延时造成的注册误差问题，提出了采用彩色标志点的光流场估计运动参数预测图象位置，结合平面四点注册算法确定运动物体与摄像机间相对位姿的算法。并把该算法应用于以视频透射式头盔显示器为主的增强现实系统中。该系统结构简单、轻便、实用性强、易于实现。一般情况下只需四个平面标志物就可实现运动物体的三维跟踪注册；工作范围大，甚至可以应用到室外的增强现实系统中；数值求解过程是线性过程，误差小，可以满足增强现实系统高精度三维注册的要求。     

基于Hough变换的雷达密集转发干扰抑制算法

雷达密集转发干扰与目标回波相关性极高,对雷达产生欺骗和压制作用,使目标检测面临巨大困难。针对这一问题,提出了一种新的基于Hough变换的雷达密集转发干扰抑制算法。首先通过Hough变换将雷达回波脉冲压缩后的数据映射到参数空间,采取二值投票方式进行非相干积累并提取峰值抑制干扰。随后,根据Hough变换中点与线的对偶性,通过逆Hough变换和最小二乘法恢复出目标运动轨迹。进一步地,对恢复出的目标信号进行动目标检测,估计目标参数,实现了干扰环境下的雷达目标检测。仿真实验和实测数据处理验证了所提算法的有效性和实用性。     

可扩展的航天器电子系统架构模型

航天器电子系统架构是航天器能够进行在轨模块外部更换的关键技术之一。传统的航天器电子系统架构不具备可扩展性，难以满足航天器在轨服务期间功能模块改变、有效载荷等下位机数量和类型的功能变换和功能扩展的需求。针对这些问题，提出一种可扩展的航天器电子系统架构模型。该架构遵循层次化总线通信原则，通过电子数据表格（electronic data sheet，EDS）和下位机任务桩来对下位机进行动态维护管理，将下位机的电源配置和管理功能从硬件模块层提升到平台软件层实现，为不同的在轨服务需求提供了实用解决方案。该模型可以有效实现不同功能模块和下位机之间的自动集成，使在轨外部模块更换成为可能。     

基于深度Alignment网络的足部测量

足部测量在很多领域有重要作用。三维足部测量受到设备和算法的限制,难以方便快捷地测量足部。结合图像测量和深度神经网络,提出一种方便快捷的足部测量方法。基于足部生理结构分析,提取足部关键点并基于关键点定义了测量参数;针对足部关键点检测,优化了DAN(Deep Alignment Network)模型的激活函数和损失函数,并定义了一种基于手持相机的数据采集方式;检测足部关键点,测量足部主要参数。结果显示,该方法基于手持相机采集数据能够便捷地测量足部参数,并具有较高的精度。     

基于复杂网络理论的作战指挥体系结构分析模型和方法

从网络科学的观点出发对作战指挥体系构模和仿真分析方法进行研究,建立了作战指挥体系结构的网络描述模型和特征参数衡量指标,分析了指挥跨度、指挥层次和指挥方式的变化对于指挥体系结构整体特征的影响规律,验证了模型和方法的科学性和有效性,是对信息化条件下作战指挥体系定量研究方法的有益探索,可以为作战指挥体系的论证和优化等问题的深入研究提供借鉴和参考.