本期导读

基于GIS的国民经济动员分析决策系统设计 (李德仁 ,等 )一文探讨了信息时代国民经济动员软件系统的实现方式 ,并给出了行之有效的解决方案 :基于Oracle的分布式资源数据库和基于GIS的分析决策系统 ,以及基于Domino/Notes的文档管理。基于序列影像的飞机姿态跟踪测量方法研究 (张祖勋 ,等 )一文探讨了一种基于序列影像的飞机姿态获取方法。在飞机飞行的过程中 ,利用光电经纬摄像机跟踪飞行轨迹 ,同时获取飞机的影像。基于这些影像和运动轨迹 ,从摄影测量和投影几何的角度出发深入探讨了利用序列影像对空中飞行的目标进行姿态跟踪测量的方…     

一种基于序列立体观测的非合作目标位姿监测方法

非合作目标的位姿监测,是空间目标态势感知的重要内容之一。本文提出了一种基于立体观测的非合作目标位姿变化监测方法,采用单目观测序列提取Harris角点,运用金字塔稀疏光流法对其进行运动跟踪,利用影像匹配和前方交会获取运动点三维坐标,最后将运动点坐标带入运动方程解算目标位姿变化。半实物仿真试验结果表明:相机距目标距离约为2.5 m时,位置变化检测精度优于2.5 mm,姿态变化检测精度优于0.5°。相比于基于先验信息和特征提取的传统方法,该方法基本满足对非合作目标监测、跟踪、绕飞时位姿测量需求,且在适应性和精度上均有提高。     

基于无人机视频的运动目标快速跟踪

无人机视频序列影像是尢人机在高速运动的条件下获取地面目标的动态信息,相机的运动给目标检测、跟踪带来了一定的困难。针对无人机视频序列影像背景位移的特点,将运动目标检测与跟踪技术分为运动估计、目标检测、目标跟踪3个部分。由于无人机视频序列影像中目标较小、分辨率较低,因此采用基于区域的目标跟踪算法。该方法计算量小,计算速度快...     

三维目标位姿跟踪与模型修正

本文是机器视觉参量下的三维数字摄影测量智能构像基础工作之一：成像系统位置姿态自动跟踪与精密修正,属于摄影测量与机器视觉、数字图像处理等学科交叉的摄像测量领域。针对基于目标3D模型的位姿跟踪问题开展研究,对相关研究的现状进行梳理,并提出系列位姿跟踪与模型修正方法。在完全已知目标3D精确模型的情况下,对于包含丰富直线特征的特殊目标,提出基于直线模型的目标位姿跟踪方法,实现了目标位姿参数的精确跟踪;为处理更为一般目标,利用目标的3D边缘模型,提出法向距离迭代加权最小二乘位姿估计方法及距离图迭代最小二乘位姿跟踪方法。当目标3D直线模型参数不准确时,结合光束法平差思想,提出一种针对序列图像的基于3D直线模型同时位姿跟踪与模型修正方法,联合优化求解目标位姿参数及3D直线模型参数,在模拟空间卫星目标位姿测量的仿真试验中,模型直线朝向、位置误差及目标位姿平均角度、平均位置误差分别为0.3°、3.5 mm及0.12°、20.1 mm。针对包含丰富直线特征的目标,在其3D直线模型完全未知的情况下,提出基于序列图像直线对应的目标结构重建与位姿跟踪方法,利用序列图像信息,在SFM框架下同时优化求解目标直线模型参数及位姿参数,仿真试验条件下,重建模型直线朝向、位置误差及位姿参数平均角度、平均位置误差分别约为0.4°、7.5 mm及0.16°、23.5 mm。     

视频测量影像序列椭圆形人工目标点快速识别和跟踪方法

针对视频测量建筑物健康监测获取海量影像序列数据快速、准确识别和跟踪目标点的需求,提出基于影像块技术的椭圆形目标点识别和跟踪完整算法。该算法采用影像分块技术降低数据处理量,实现椭圆形目标点跟踪,集成数学形态学和椭圆几何属性特征,消除图像块边缘检测的非椭圆边缘信息,实现椭圆轮廓的提取,并采用最小二乘法拟合椭圆中心实现亚像素定位,快速、准确地实现视频测量建筑物健康监测椭圆形目标点的识别与跟踪。试验结果表明该方法获取的椭圆中心点像素坐标的RMS残差优于0.025个像素,且相对于随机Hough变换和模板识别算法,跟踪效率提高5倍以上。     

可量测影像序列的组合定位算法及其在1:50 000地图测绘中的应用

本文提出了基于CCD传感器获取的可量测影像序列的组合定位方法,并结合多传感器抗差自适应融合算法,给出了实用的组合定位滤波公式,利用该组合定位方法可以在已知前一时刻位置的基础上,利用当前的姿态和影像观测值计算出当前的位置。实际计算表明：① 该算法不需要存储大量的影像和计算控制点坐标,降低了存储和计算要求;②虽然单独使用可量测影像序列进行定位时存在误差积累,需要定时复位,单组合定位算法仍然可以有效提高组合定位的可靠性和精度。通过分析可以看出,利用该算法可以充分利用移动测量系统的现有设备和信息,提高系统的整体性能,因此,非常适合应用于移动测量系统中。     

面向序列影像的三维场景重建方法

针对序列影像三维场景重建过程中存在的自动化程度不高、模型精度不够等问题,该文提出了一种基于序列影像的三维场景重建方法。该方法利用尺度不变特征变换算子获得了大量稳定的特征点后,结合K-D树搜索策略以及随机抽样一致性误匹配剔除方法得到稳定的匹配点对,然后采用稀疏光束法平差获取序列影像的相对位置姿态参数,最后采用多视密集匹配方法实现场景目标的密集重建。实验结果表明:该文所提方法可以快速得到准确、完整的三维重建结果。     

一种新的六自由度测量方法

针对空间中运动目标的六自由度测量,在研制的新型光笔基础上提出了一种六自由度测量方法。该方法既可以对目标进行六自由度测量,也可以进行单点测量。测量前,只要将光笔安装于被测目标上,利用激光跟踪仪技术和视觉测量技术分别获取光笔的位置和姿态;再将其位置与姿态融合于激光跟踪仪坐标系下的目标六自由度测量值。文中描述了六自由度测量系统的基本原理,并推导了测量系统中涉及到的关键算法。实验结果表明,该方法六自由度测量精度达到国外同类产品水平,基本满足高精度六自由度测量的需要。     

相位相关辅助的重复纹理区域特征跟踪匹配

在移动测量系统获取的街道序列影像中,建筑物立面占有相当大的比例,而通常建筑物立面含有大量的规则重复纹理。利用特征匹配的方法对此类影像进行匹配时,容易造成大量的误匹配,严重影响后期的影像定向以及三维重建。针对此问题,提出了一种利用相位相关算法辅助KLT(Kanade-Lucas-Tomasi)对角点进行跟踪,从而实现特征匹配的算法。首先,在整体上利用相位相关将待匹配的影像对进行粗配准;然后,使用KLT算法从影像中提取局部角点特征并进行跟踪匹配。实验结果表明,该算法对建筑物密集的街道序列影像匹配的正确率比单纯利用特征匹配方法有较大提高,且匹配的特征角点分布也比较均匀,能够有效解决街道序列影像中重复纹理区域的特征匹配问题。     

光电经纬仪姿态高精度测量研究

目前,采用单站光电经纬仪测量目标姿态的方式得到了广泛的应用。为了研究光电测量仪对目标姿态的高精度测量方法,本文基于光电经纬仪姿态角测量的基本方法和原理,建立了目标三维姿态角的数学模型,并对空间余弦的姿态测量方法进行了改进,以提高目标姿态的测量精度,通过模拟试验和测量精度分析验证改进方法的可靠性。研究结果表明,采用改进后的测量方法对目标姿态的测量精度有很大的提高,其测量误差小于0.5°,结果稳定可靠。研究结果可以采用光电经纬仪对目标姿态的更高精度测量的研究提供帮助。     

车载全景序列影像的位姿估计优化方法

针对车载全景序列影像的位姿估计问题,该文提出了一种基于角元素和线元素的位姿估计优化方法。根据全景多视几何关系,建立了角元素和线元素多视约束的优化模型,并推导完成模型的位姿求解方法。然后作为初始外方位元素,加入稀疏GPS/INS的相机控制数据约束,采用全景球模型的稀疏光束法平差对位姿估计结果进一步优化。实验选择IP-S2车载移动测量系统获取的全景序列影像,对比分析单视图、全景视图的连续位姿估计、本文方法和GPS/INS控制数据。实验结果表明,该文方法可提高位姿估计的精度,并减少连续位姿估计产生的累计误差。     

图像全站仪的任意星全盲识别算法

准确可靠的任意星识别是快速自动天文定位定向测量和数据处理的关键。提出一种基于图像全站仪测量的任意星全盲识别算法。任意选取3颗亮星组成匹配三角形,分别对三星连续拍照获得短时序的水平角和高度角,线性拟合并归算至同一时刻的地平坐标,采用三角形匹配法进行识别。大量野外观测数据测试表明,若拟合外推时间不超过4 min,连续星和间隔星的三角形匹配法的识别率均可达到100%。本识别方法不依赖测站概略位置信息,对云雾等恶劣天气下的快速天文测量具有应用价值。     

近景摄影测量下的视场关系定量表达

近景摄影测量下的视场关系指较小空间范围中不同视场之间存在的位姿关系，它用来确定不同摄像机所代表的参考坐标系之间的旋转量与平移量。它在交通监控、目标识别与定位、居家安全保障等方面有着广泛的应用。本文在近景摄影测量的框架下，提出了一种确定两种不同视场之间位姿的方法，具体步骤为：①在大视场下进行变化检测，当有变化区域被检测到时，获得原始图像，同时在小视场下获得样本图像集合；②对原始图像和样本图像集合进行相对定向，得到样本图像相对于原始图像的空间姿态参数；③将原始图像和样本图像进行图像匹配，获取匹配度最高的样本图像，该样本图像存储的姿态参数即是拍摄瞬间小视场相对于大视场的位姿；④按照步骤③中获取的姿态参数调整小视场下的摄像机空间位姿，使其对准变化区域。试验表明该方法能够有效支持空间范围较小区域内视场关系的定量描述。     

机载成像光谱仪图像大气程辐射影响归一化及其简化校正

航空成像光谱仪得到的图像，其临边的辐射值与飞机正下方（天底点）的辐射值差别较大，此种现像称之为扫描图像的临边效应，它严重影响图像的质量，使图像的有效使用面积大为减少，还可能引起错误的判读，为了消除这种影响。本文提出一种物理意义明确，在实施过程中简单易行，而有效的方法，文中将详述航空飞行方式、数据及图像处理方法，而不涉及星载扫描图像的处理问题。     

球形全景影像位姿估计的改进EPnP算法

球形全景成像可以克服透视成像视场角的局限,实现场景全覆盖的三维重建和量测。本文在普通影像位姿估计的EPnP(efficient perspective-n-point)算法上进行了改进和扩展,提出了一种稳健快速的球形全景影像位姿估计算法。首先,构建球形全景影像的投影模型,将EPnP算法的平面透视成像模型扩展到球面成像模型;然后,采用基于全景球心、像点、控制点共线条件方程的改进EPnP算法求解控制点的球形全景像空间坐标;最后,利用Horn绝对定位算法直接解算全景影像位姿。与球形全景影像位姿估计的后方交会算法的对比试验结果表明,本文提出的方法无须迭代求解,更为稳健快速,即使控制点数目较少也能达到高精度,基于非严格共中心拼接的全景相机,重投影误差可控制在3.00像素左右。     

文物对象近景序列影像位姿高精度估计方法

针对文物对象影像三维纹理重建中影像位姿估计的问题,本文提出了三维数据驱动及平差的位姿高精度估计方法。首先通过影像特征提取、匹配、误匹配点剔除得到准确的同名特征;然后建立首对影像高精度位姿相对关系,并以其像对三维点数据为驱动,结合二三维索引确定后续影像的相对位姿;最后以光束法平差与LM算法确定高精度的影像位姿参数。试验表明,本文方法在确定位姿速度和位姿精度上都体现了一定的优越性,为影像后续的密集点云生成奠定了基础。     

具有尺度与旋转不变性的立体影像自动匹配研究

提出一种具有尺度与旋转不变性的影像自动匹配算法。首先基于方向小波变换构造三尺度特征点算子,进行两尺度匹配,保证其尺度不变性问题;其次构造特征点64维描述向量,解决影像匹配的旋转不变性。分别采用地面立体像对、无人机平台立体像对、航空立体像对进行试验分析。试验结果表明,提出的立体匹配算法具有良好的尺度和旋转不变性。     

基于控制点约束影像的密集匹配及其在考古发掘中的应用

针对大场景考古挖掘现场的三维重建情况,选取半全局匹配策略作为研究基础,设计了一种基于附加控制点约束的半全局匹配算法进行序列影像密集匹配。将稀疏匹配中的特征提取和匹配技术用于提取初始特征,并由这些初始特征转化的同名特征点,生成视差空间影像中的视差控制点,以此作为一种可靠的约束,提高其密集匹配的精度。同时,采用影像分块的策略,将原始大核线影像分成若干对小核线影像,进行密集匹配,以达到提高计算效率,改善计算结果的目的。实验证明,该方法可实现大面积考古挖掘现场的快速三维重建,并且能够在进行文物形态三维重建的同时获取挖掘现场文物分布的正射影像平面图,为准确记录挖掘现场文物分布位置及考古发掘、调查及遗址保护规划编制等提供科学依据。     

面向星载CMOS相机的超时相工作方式研究

随着星载面阵CMOS探测器的广泛使用,使得获取超时相数据成为可能,这为新型对地遥感工作模式带来新的发展机遇。本文不再局限于采用单一技术解决单一技术指标的传统解决问题的方式,系统性地提出一种面向星载面阵CMOS相机的新型成像方式,利用面阵CMOS相机连续快速曝光在极短的时间内获取同一观测区域的超时相序列数据,通过图像重建的方式,实现一揽子的图像质量提升,即同时实现虚拟数字时间延迟积分TDI（Time Delay Integration）、调制传输函数MTF（Modulation Transfer Function）补偿和空间分辨率GSD（Ground Sampling Distance）提升。这种新型成像方式的优点是,可以改善星载光学相机是探测器受限系统的窘境,进而在不改变光学系统的情况下,通过求解一个病态方程,实现对地遥感图像空间分辨率与成像质量的综合提升。基于实验室的靶标仿真实验数据、基于低轨光学遥感卫星OVS-1A、吉林一号视频03卫星和高分四号卫星的真实数据实验结果表明,无论是信噪比,图像清晰度还是空间分辨率都有明显提升。这种新型成像方式已被中国后续某地球同步轨道光学成像卫星所采用,可以预见的是,这种成像方式不仅可以使得在轨卫星发布更高分辨率与更好图像质量的产品,盘活在轨卫星的探测资源;在实现同样空间分辨率与图像质量的前提下,可以有效降低光学相机载荷的体积与重量,进而可以有效降低未来光学卫星的研制成本。