景象匹配辅助导航中多级实时匹配算法研究

由于选用部分Hausdorff距离进行图像匹配时不能满足较大尺寸图像匹配实时性要求,利用了多级分层匹配技术加速图像匹配,提出了多级实时图像匹配算法,该算法以部分Hausdorff距离为图像匹配相似性度量,结合小波变换多分辨率思想提取多尺度图像特征,实现了由粗到精多级分层实时匹配。图像匹配结果表明,光学卫星(IKONOS)图像和合成孔径雷达(SAR)图像二种情况下图像匹配结果准确,比仅采用基于部分Hausdorff距离图像匹配而言,采用三级图像匹配可大大缩短匹配时间。该算法实施景象匹配能在5 s以内完成,满足景象匹配辅助导航系统匹配修正的准确性和实时性的要求。     

基于位置关系约束的SAR图像与光学图像匹配

SAR图像与光学图像有较大差异,为实现SAR图像与光学图像的匹配,提出了一种新的多子区SAR景象匹配算法。算法依据SAR图像噪声特性,提出了用于SAR图像边缘提取的基于小波包变换的改进断面检测法。匹配中将实时图分为多个子区,由子区灰度标准差和频谱直方图判别其可匹配性,用各子区位置分布关系约束匹配结果。匹配搜索策略为基于提升小波的金字塔分层搜索。用SPOT-5卫星光学基准图进行了大样本实验,实验结果表明了该方法是一种有效的图像匹配方法,具有鲁棒性,并且与中心点匹配方法相比,能为飞行器定位提供更多有效信息。     

一种低信噪比下点目标检测新算法

针对红外探测系统对远距离目标进行实时临控的应用场合,提出了一种快速点目标检测算法。该算法将原始图像序列分割成多个小段,通过递推使用速度匹配滤波,能快速得到图像序列中目标轨迹的能量,从而提高低信噪比下点目标的检测能力。与其它检测算法相比,新算法具有检测概率高、算法复杂低等特点。对算法的原理和性能进行了详细地分析,通过仿真实验证明了该算法的有效性。     

基于快速鲁棒性特征的景象匹配

针对光电成像制导景象匹配中图像产生较大几何形变的问题,提出了一种基于快速鲁棒性特征(speeded up robust feature, SURF)的景象匹配算法。SURF提取的图像特征具有尺度和旋转不变性,对灰度不敏感,并能快速运算。算法首先利用仿射变换对基准图像进行3D视角补偿,模拟基准图像在不同视角下的成像,以减小基准图像和实时图像间的视角差异,分别提取两图像的SURF特征,然后根据最小欧氏距离准则提取两图像间匹配的SURF特征点对,根据该特征点对估计基础矩阵,得到两图像的投影关系。仿真结果表明,该算法能够适应光电成像制导中图像的几何形变,实现稳定的景象匹配。     

基于主成份分析的仿射不变特征图像匹配方法

从理论和实验上分析比较了尺度不变特征图像匹配方法和仿射不变特征图像匹配方法的异同,为提高图像匹配的速度和图像特征描述的准确性,提出了一种利用主成份分析对仿射不变特征匹配特征描述向量降维的方法。实验结果表明该方法能加速仿射不变特征图像匹配方法,在不降低匹配效果的前提下,将128维特征向量降低至15维。     

结合边缘和统计特征的末制导SAR图像匹配

提出一种用于末制导的合成孔径雷达（synthetic aperture radar, SAR）图像实时匹配方法。考虑参考图与实时图尺度、方向等差异,制备多幅参考图像,基于最小错误概率准则,对每幅参考图像提取边缘,由边缘图形成用于匹配的包含边缘两侧地物区域信息的参考模板。提出一种利用边缘信息和SAR图像统计特性的相似性度量准则。采用金字塔分层结构的搜索策略,提高了匹配速度。该方法综合利用了边缘和灰度统计信息,避免了对实时图的边缘提取。实验验证了算法的有效性。     

基于Gauss滤波的图像可视化检索(Ⅱ)——全局匹配

基于多尺度Gauss滤波的图像特征提取 ,能够在较大的尺度和视角变化范围内 ,检索出具有相似外观特征的图像。在讨论多尺度Gauss滤波输出用于图像的局部相似性匹配检索的基础上 ,进一步分析了如何将多尺度Gauss滤波方法用于全局相似性匹配检索。首先由图像在不同尺度下的Gauss滤波输出 ,构造出图像的曲率和相位直方图 ,得到图像的多尺度直方图表示 ;然后查询图像和数据库图像的归一化的曲率和相位直方图再进行匹配。归一化的直方图因消除了图像中点的位置信息 ,因此是图像变换如 :旋转、扭曲、拉伸下的不变量。该方法能用到基于图像外观特征的全局可视化检索中 ,并能取得很好的效果     

结合惯性导航特性的快速景象匹配算法

针对景象匹配/惯性组合导航对图像匹配算法实时性、鲁棒性、精确性的要求,结合惯性导航的工作特点,深入分析快速鲁棒特征(speeded up robust feature, SURF)算法主要技术特征,研究了其影响导航性能的主要因素。结合惯性器件的误差特性,提出针对导航应用的SURF改进方法,较好地增强了算法的实时性、稳定性、可控性。在图像匹配基础上,构建适应景象匹配算法的空间变换模型,从而在理论上检测图像匹配的正确性并求解导航参数。研究结果表明,基于SURF研究的景象匹配算法具备亚像素级精度、毫秒级实时性和优越的抗形变能力。     

基于SIFT弹载SAR图像匹配算法

基于尺度不变特征算法,提出了一种适用于弹载合成孔径雷达图像匹配的改进算法。该算法首先通过在构建的高斯差分尺度空间中搜索特征点,然后利用指数加权均值比算子计算特征点的梯度幅值和方向,并通过简化的特征描述子生成特征向量,最后采用距离比和几何一致性准则剔除错误匹配的特征点对,实现图像匹配。实验结果表明,改进算法对SAR图像在旋转、光照、尺度变化等情况下都有很好的匹配效果,并且降低了计算复杂度,有较强的鲁棒性和实时性。     

基于LCSS的目标航线规律快速匹配方法

针对战场态势智能化分析与深度感知需求,在积累的活动航线规律知识基础上,结合实时目标运动特征,采用滑动窗口处理、活动阵位特征过滤、数据格式化处理等手段,运用最长公共子序列处理思想,提出一种快速实用的航线规律匹配算法。通过若干案例仿真验证了该算法模型的可行性和有效性。该模型能够综合考虑战场态势分析的时效性和快速性,准确匹配出实时目标相关联的活动规律信息,并且该算法计算量小、耗时短、匹配效率高,易于工程实现。     

基于自适应上下文信息的目标相对定位方法

针对成像末制导中地面固定目标识别难度大的问题,基于最稳定极值(maximally stable external region, MSER)区域提出一种新的相对定位识别算法。提取基准图中目标周围具有尺度和仿射不变特性的MSER特征,根据权重指数自适应选取一定数量的MSER特征作为上下文地标。提取实时图中的MSER特征,与上下文地标基于规则化互相关准则进行特征匹配,利用双层匹配矫正策略减少误匹配,得到匹配特征对。提取匹配特征对的中心点作为参考点求解基准图与实时图之间的空间映射关系,进而利用最小二乘拟合一次多项式计算实时图中目标的位置坐标。实验结果表明,针对复杂地面场景,该方法的最大相对定误差不大于3个像素。基本满足成像末制导对自动目标识别算法稳健性好、识别精度高、抗干扰能力强等要求。     

基于景象匹配的航摄影像二维定位方法

针对目前无人机基于景象匹配对目标定位精度低与速度慢,以及依赖任务设备的问题,提出了一种基于景象匹配的航摄影像二维定位方法。首先进行任务规划,来获取某固定区域的航摄影像。然后基于特征匹配算法来完成景象匹配。最后提出坐标解算及底图生成方法,来实现航摄影像二维定位。实验结果表明该方法提高了定位精度与速度,减小了对任务设备的依赖。因此,所提方法是一种有效的基于景象匹配的目标定位方法。     

基于CNN网络和多任务损失函数的实时叶片识别

针对传统叶片识别易受环境干扰,难以实现复杂背景下的多叶片实时识别问题,提出一种基于CNN网络和多任务损失函数的实时叶片识别方法。采用CNN网络提取叶片图像特征图,输入到RPN网络生成区域候选框;依据特征图和区域候选框,提取候选框特征图,分别进行叶片分类和边界框回归,预测叶片类别和叶片预测框的定位;利用多任务损失函数约束分类和回归,来提高叶片分类和回归的准确率和运算速度。实验结果表明,该方法的平均实时叶片识别准确率为91.8%,平均实时识别速度为25 fps。     

基于递归标记和神经网络的红外目标匹配识别

提出了一种红外图像匹配算法。选取实际红外目标,依据图像预处理后的图像,提取对应目标的递归标记,作为BP网络的输入样本,目标的形心为输出样本构建BP神经网络。对网络进行抗干扰训练后,根据目标形心特征进行变分辨率相关匹配。该算法在提高了目标识别率的同时,极大地增强了图像处理的实时性,具有工程实用价值。     

基于灰度分布模型的声呐图像目标检测算法

针对声呐图像目标检测问题,提出了一种基于声呐灰度图像像素点的灰度分布模型的目标检测快速算法。该算法利用图像中各像素点处滑动窗内像素点的灰度分布模型的参数和拟合误差为特征量,构造声呐图像的特征图,并采用自适应阈值算法进行目标特征区域检测处理。最后将该算法的检测结果同分形特征以及扩展分形特征检测结果进行了比较分析。仿真结果表明该算法具有实时性好、准确度高的特点,并且可有效地克服背景中演示等自然景物的影响,实现人造目标的准确提取。     

弹上下视景象目标快速匹配的技术实现

弹上光学传感器拍摄的下视目标图像的配准是打击效果评估的前提.研究了一种稳定的SlFT算子,实现了大视场下视景象目标的快速匹配.其方法是:通过在尺度空间中计算局部极值,先确定匹配关键点的位置和尺度,同时去除低对比度的关键点不稳定边缘上的响应点;然后由关键点相邻像素的梯度方向直方图描绘出种子点及其特征向量,近而获得关键点的特征向量;最后使用距离函数作为相似性度量进行配准.实践证明,与传统的方法相比,实现的算法具有更高的实时性.由于在原有基础上增加了其特征向量的雏数,因而具有更好的鲁棒性.     

滑窗式无偏多平台无源定位算法

针对纯方位系统单机动平台在不具有比机动目标更高一级的机动运动时,无法满足系统可观测性的问题,提出了一种适用于多平台的无源定位算法。该算法根据目标与平台之间的几何关系得到一个包含目标初始位置和分量速度的伪线性方程组。为减少求解方程组的计算量,保证定位的实时性,对常规的最小二乘法进行了加滑窗处理。通过对观测向量和系数矩阵的分析,证明了算法对目标状态的估计具有无偏性。仿真实验验证了算法的有效性,并讨论分析了平台运动的速度和方向等因素对算法定位性能的影响,得到了保证算法定位性能的平台与目标相对运动关系。     

基于三维模型的多传感车辆定位与识别研究

车辆的定位与识别是智能车研究的重要环节。针对二维算法及单传感的不足,提出了一种基于三维模型的多传感车辆定位与识别算法。定位系统中,通过将雷达的位置估计和图像的灰度信息进行融合来获得位移参数,并将改进的Hausdorff距离和模拟退火算法相结合得到旋转参数。在此基础上,识别系统计算每个模型与目标车辆的匹配值,根据其在采样时段内的平均值确定车辆类型。实验证明,该方法能有效地实现目标车辆的定位和识别。     

基于增强现实技术的圆明园景观数字重现

提出基于关键帧匹配的增强现实跟踪注册算法,实现圆明园大水法遗址的数字重现。并采用随机树的方法将特征点的匹配问题转化为特征模式分类问题,解决图像间的宽基线特征匹配。基于该算法构建出基于视频透视式头盔显示器的移动增强现实系统。实验验证表明,该方法具有实时、鲁棒,适用于户外跟踪注册。