球面圆拟合算法及其在测月定向中的应用

本文提出了一种球面圆拟合算法,解决了月球视面中心的确定问题。结合该算法,利用仿真测量数据,研究了月相及月相姿态对月球视面中心拟合精度的影响。通过观测实验验证了球面圆拟合算法的正确性,并与原有的算法进行了定向结果的比较。结果显示,球面圆拟合算法与原有算法的拟合内符合精度相当,但外部检核精度提高了大约0.5″,建议在工程实践中采用本文提出的算法进行测月定向。     

数字相机校准中光斑中心的亚像素定位

数字相机校准是进行摄影测量作业的前提条件和精度保障,而对数字相机CCD靶面上光斑中心坐标精确定位是决定数字相机校准精度的主要因素之一.现研究了光斑中心坐标定位精度对数字相机校准精度的影响,得出数字相机校准对光斑中心定位精度的要求为优于0.23像素.在总结分析椭圆拟合算法和灰度加权质心算法的基础上,基于我实验室数字相机校准装臵,对不同尺寸的平行光管星点板,在不同相机视场角情况下分别进行了光斑中心坐标定位实验,实验结果表明两种算法的定位精度均满足数字相机校准的精度要求,但椭圆拟合算法定位精度优于灰度加权质心算法.     

星载激光光斑影像质心自动提取方法

激光光斑影像的质心提取是卫星激光测高数据处理中的重要环节,对于获得精确的激光指向角有重要的意义。本文总结了灰度重心法、高斯拟合法以及椭圆拟合法3种常用的质心提取方法,在比较其优缺点之后结合高斯曲面拟合法和椭圆拟合法,提出了一种基于高斯阈值的椭圆拟合方法,针对仿真数据进行试验,有较好的精度结果。采用GLAS（geoscience laser altimeter system）的实际激光光斑影像LPA（laser profile array）数据进行试验,发现LPA光斑质心位置变化周期约为1.5 h,幅度最大可达2~3个像素,对应激光指向角变化约9",说明在轨监视激光质心位置变化对于提高激光指向角测量精度非常必要。相关结论可为后续国产卫星激光测高仪足印影像处理提供参考。     

球面全景影像相对定向与精度验证

对传统的5点法相对定向算法的共面误差计算方法进行改进,提出了一种适合球面全景成像特点的相对定向计算流程。与传统方法相同,该算法首先计算本质矩阵,然后对本质矩阵进行奇异值分解得到旋转矩阵和平移矢量的候选解,最后利用重建的物方三维点坐标排除错误解。本文的贡献在于推导了球面全景共面条件公式,并使用点到核线平面的球面距离作为球面全景共面条件的误差项。模拟数据试验显示:当图像特征点的随机噪声在[-0.5,0.5]像素范围内时,3个姿态角的中误差约为0.1°,由相对定向恢复的相对平移量与模拟值的夹角中误差约为1.5°。使用车载全景相机配合POS获取的数据进行试验的结果显示:横滚角和俯仰角的中误差可以达到0.2°以内,航向角的中误差可以达到0.4°以内,由相对定向恢复的相对平移量与POS平移量的夹角中误差可以达到2°以内。采用本文相对定向算法的结果生成球面全景核线影像,提取影像之间同名点坐标并计算其列方向误差,结果显示核线影像同名点列坐标差的中误差在1个像素以内。     

一种能适应月相变化的月球图像中心提取算法

月球是夜间最亮的天体,测月导航可在云雾天气下有效弥补传统天文导航在夜间只能观测恒星的不足,扩大天文导航的可用范围。为实现测月导航,提出了一种能适应不同月相变化的月球敏感器图像月球中心提取算法。利用Sobel-Zernike矩算子对图像进行边缘检测,利用基于圆形性检测的搜索算法筛选月球边缘点并以此提取月球中心。经半物理仿真实验解算,该算法能够针对不同月相图像有效提取月球中心,中心提取的内符合平均精度为0.16像素,外符合平均精度为2.86″。由于在月球上观测地球也有"地相"变化,该算法同样适用于月球车地球敏感器图像中心提取。     

高斯过程模型圆心定位算法

在对圆形目标进行图像处理以实现精密测量的各种任务中,圆心定位的精度直接决定了测量结果的精度。目前,成熟的圆心定位算法包括重心法、Hough变换法、高斯拟合法、圆拟合法以及椭圆拟合法等。这些常用算法各具优缺点,因此有不同的适用场景。本文提出了一种新的研究思路,利用高斯过程模型解决圆心定位的问题,并且提出了分别基于标准圆和椭圆方程的高斯过程圆心定位算法。实验结果表明,高斯过程标准圆中心定位算法与圆拟合算法的精度相当,而且在残缺圆的圆心定位中抗噪能力更好,精度更高;高斯过程椭圆中心定位算法比椭圆拟合法的抗噪能力更强,精度更高。     

图像全站仪星点质心快速提取方法研究

提出了一种图像全站仪恒星图像快速星点质心提取方法。该方法首先推导了顾及高度角影响的度盘坐标与像素坐标严格转换模型,并利用其逆变换模型预测恒星概略成像位置;其次以概略成像位置为中心,以一定范围为半径,设定星图处理的范围;最后采用全局阈值分割算法滤除背景噪声,采用八连通域算法确定星点边界,采用灰度质心法计算星点质心坐标。通过对全站仪恒星图像的局部有效处理,与全局图像处理方法相比,将星点质心提取时间缩短到2.1%;质心提取的准确率由90.9%提高到100%,保证了质心提取精度,为实现快速天文测量提供了支撑。     

视频测量椭圆标志中心点的高精度定位方法

针对近景视频摄影测量中椭圆标志点的中心定位精度影响后续的目标跟踪和三维重建精度的问题,该文为了保证获取椭圆亚像素的中心定位精度,提出了一种基于椭圆标志点亚像素边缘检测的中心定位方法。该方法首先利用Canny算子提取椭圆的轮廓,然后利用阈值分割、形态学边缘轮廓提取方法等方法对边缘进行约束,再利用形态学细化算法和空间矩提取椭圆的亚像素边缘,最后利用最小二乘拟合法实现椭圆中心的亚像素定位。实验结果表明:在模拟实验和真实影像的实验下,该方法与现有其他方法相比较,不仅能获取和定位高精度的椭圆中心(模拟实验下,椭圆中心定位精度高达0.02像素),而且具有高稳健性;能够满足近景摄影测量的精度和稳定性的需求。     

一种新的测日快速定向方法

基于电子经纬仪对太阳边沿的观测采样,提出了一种日心拟合算法,较好地解决了太阳视面中心的确定问题。在此基础上,探索了一种新的测日定向方法。实际观测实验表明,新的测日定向方法较传统的前后沿法在定向精度上相当,均可用于快速定向。文中给出的太阳视面中心拟合算法可同时确定太阳视面中心的水平角和高度角,因此可用于测日定位。     

相机检校控制场像点坐标自动定位与高精度量测

针对三维控制场相机检校中像点坐标的量测精度和效率较低的问题,该文研究在三维控制场物方控制(编码)点三维坐标已知的情况,通过对编码点自动识别与定位,借助直接线性变换(DLT)方法计算影像投影变换参数,实现影像控制点像点坐标自动初定位。通过边缘检测、最小二乘椭圆拟合、最小二乘直线拟合等步骤,实现控制点像点坐标的高精度定位量测。试验表明,此方法可实现控制点像点坐标全自动高精度定位量测,定位精度达0.04像元,提高了相机检校的精度和效率。     

利用极值梯度的通用亚像素边缘检测方法

针对传统边缘检测方法存在的通用性较差、精度不高等问题,提出一种利用极值梯度的通用亚像素边缘检测方法。该方法将极值梯度分解为正梯度和负梯度,并在八个方向上进行判断与求解,然后得到由局部灰度增加最大和减小最大的两类像点共同组成的初始边缘,最后根据初始边缘的特点,分别建立不同类型边缘的亚像素定位拟合模型。为验证该方法的性能,分别利用模拟影像和实际影像与传统方法进行对比试验。试验结果表明该方法对不同类型的边缘都能较好的检测,并且对包括角点在内的边缘有更高的定位精度。因此,该方法可有效应用于影像的边缘检测中。     

星载激光光斑影像激光指向变化探测法

地面光斑足印的定位精度高度依赖于激光指向角的测量精度,星载激光光斑质心提取及其变化规律对激光指向角的分析具有重要的意义。本文基于ICESat/GLAS的激光剖面阵列（laser profile array,LPA）影像数据,首先利用灰度一阶矩阵法提取LPA的质心,精度优于0.3个像素,LPA相对定位精度优于0.11个像素。其次利用傅里叶变换和傅里叶级数拟合对LPA质心坐标的变化进行周期探测和建模分析,结果表明,激光光斑影像的质心坐标存在1.83×10^-4 Hz、3.36×10^-4 Hz、5.19×10^-4 Hz和6.71×10^-4 Hz 4个明显的周期变化,拟合结果的相关性R²达到了0.86,拟合精度可达0.4″,优于0.13个像素,得到了较好的结果。可为我国的高分七号和后续的卫星激光测高数据处理提供参考。     

Detection and 3D reconstruction of traffic signs from multiple view color images

3D reconstruction of traffic signs is of great interest in many applications such as image-based localization and navigation. In order to reflect the reality, the reconstruction process should meet both accuracy and precision. In order to reach such a valid reconstruction from calibrated multi-view images, accurate and precise extraction of signs in every individual view is a must. This paper presents first an automatic pipeline for identifying and extracting the silhouette of signs in every individual image. Then, a multi-view constrained 3D reconstruction algorithm provides an optimum 3D silhouette for the detected signs. The first step called detection, tackles with a color-based segmentation to generate ROIs (Region of Interests) in image. The shape of every ROI is estimated by fitting an ellipse, a quadrilateral or a triangle to edge points. A ROI is rejected if none of the three shapes can be fitted sufficiently precisely. Thanks to the estimated shape the remained candidates ROIs are rectified to remove the perspective distortion and then matched with a set of reference signs using textural information. Poor matches are rejected and the types of remained ones are identified. The output of the detection algorithm is a set of identified road signs whose silhouette in image plane is represented by and ellipse, a quadrilateral or a triangle. The 3D reconstruction process is based on a hypothesis generation and verification. Hypotheses are generated by a stereo matching approach taking into account epipolar geometry and also the similarity of the categories. The hypotheses that are plausibly correspond to the same 3D road sign are identified and grouped during this process. Finally, all the hypotheses of the same group are merged to generate a unique 3D road sign by a multi-view algorithm integrating a priori knowledges about 3D shape of road signs as constraints. The algorithm is assessed on real and synthetic images and reached and average accuracy of 3.5cm for position and 4.5° for orientation.     

Canny算子对人工标志中心的亚像素精度定位

在使用圆型人工标志的计算机视觉检测中,人工标志的识别率和中心定位精度直接影响到检测的整体精度。传统的中心定位算法对人工标志识别率低、中心定位精度差,已不能满足精密检测的要求。文中采用Canny算子对带有圆形人工标志的数字图像进行边缘分割,通过模式识别方法、最小二乘拟合方法计算人工标志中心。该方法解决了标志识别率低的问题,提高了标志图像中心定位精度。其精度可达到亚像素级,能够满足高精度计算机视觉测量的要求。     

多镜头全景摄像机球面视频无缝生成EI北大核心CSCD

针对多镜头全景摄像机MPC室内标定参数输出的实际场景球面全景视频存在视差伪影问题,提出一种场景自适应的球面全景视频无缝生成方法,主要包括两方面内容:①MPC球面投影参数最优估计。以实际场景视频重叠区域同名像点为观测值,通过最小化球面投影中心到同名像素对应球面空间点的夹角建立误差方程对球面投影参数进行最小二乘估计,从而降低子相机摄影中心与球面投影中心不重合及场景深度变化对MPC球面全景视频输出质量影响。②MPC球面全景视频生成TPS模型构建。以MPC子摄像机视频像素球面重投影几何为全局变换、以视频拼接线上同名像点为控制点建立TPS模型,实现MPC各子摄像机视频到球面拼接视频的像素直接映射,并能最小化视频重叠区域像素拼接误差,仅通过拼接线附近像素简单混合即可消除视差伪影并实现平滑过渡。模拟成像及实际场景试验结果表明,结合场景内容与摄像机内、外参数,本文方法可实现MPC球面全景视频无缝生成且计算简单、高效,完全满足MPC高帧率视频输出要求,具有良好的应用价值。     

基于二维 Log Butterworth滤波器的全方向边缘检测的频域实现方法

由于人类识别图像特征涉及非线性的识别机制,本文提出了基于改进二维Log Butterworth滤波器的全方向边缘检测方法,该方法从频域角度出发,利用正反快速傅里叶变换来实现边缘检测工作。首先,将非线性Log函数引入Butterworth滤波器,获得二维Log Butterworth滤波器。当图像行列数不一致时,中心频率分布于椭圆之上,椭圆的长短轴之比与图像长宽比相等,进而给出以角度为变量滤波器表达式;其次,为方便滤波器参数的优化选取,本文对二维 Log Butterworth滤波器参数进行归一化等处理;再次,本文利用F-measure和PSNR (峰值信噪比)值来衡量不同参数下的边缘检测结果,确定最优的二维 Log Butterworth滤波器参数范围;然后,为了分析本文方法的边缘检测效率,对比了本文方法与空域算子（Canny算子）的乘法次数和加法次数,同时以不同大小的图像作为实验数据来比较两种方法的边缘检测耗时;最后,以BSDS（伯克利图像分割数据库）图像和高空间分辨率遥感图像为实验数据,对本文方法的边缘检测结果进行了评价分析。结果表明：本文方法可以有效地应用于图像边缘检测。     

多结构元素组合型MODIS影像水体边缘检测

受空间分辨率的约束,MODIS遥感影像中存在很多混合像元,不利于水体边缘信息的提取,为提高水体边缘混合像元的检测精度,本文提出了多结构元素组合型边缘检测算法。方法选取了适合于遥感影像水体边缘检测的膨胀型和腐蚀型算子,同时针对遥感影像自身的特点,构建了多尺寸多方位的结构元素,设计了不同的方向权重和尺寸权重系数,再将基于不同检测算子的边缘检测结果组合得到最终结果。实验结果表明与传统算法相比,多结构元素组合型边缘检测算法边缘提取效果良好,提高了水体边缘的检测精度。     

Application of inertia ellipse in code marker matching

In close-range photogrammetry, 3D information acquisition is based on image matching. The application of code marker helps to improve the level of automatic matching and the matching accuracy. This paper investigates the application of inertia ellipse algorithm to code marker matching. We can calculate the inertia ellipse of a target with a certain boundary. First, the method is applied to a single code marker; the angle and scaling are valid. Then, the paper introduces the multi code markers matching method by the inertia ellipse. Rotation and scaling changes of homonymy images can be calculated by inertia ellipse algorithm. These parameters can be used for code marker matching in arbitrary attitude close-range photogrammetry.