一种由粗到精的光学与SAR遥感图像配准算法

由于光学遥感图像和SAR图像具有明显的非线性强度差异,且SAR图像存在斑点噪声,使得其配准存在较大难度。为此,本文结合基于特征和基于区域图像配准方法的优点,并组合为混合模型,提出一种由粗到精的自动配准算法。以光学遥感图像和SAR图像分别为参考图像和待配准图像,先以基于特征点的SAR-SIFT完成粗配准,再以基于区域的ROEWA-HOG完成精配准。① 采用SAR-SIFT算法进行特征点检测和特征匹配来计算图像的仿射变换模型,以消除参考图像和待配准图像之间明显的旋转、尺度和平移差异,至此完成图像粗配准;② 在此基础上利用分块Harris角点检测在参考图像上获得特征点,并根据特征点确定待配准图像上的同名点搜索区域;③ 计算图像的ROEWA梯度,构造以特征点为中心的模板区域内的HOG特征向量,以SSD作为相似性测度搜索待配准图像上的同名点,完成高精度的图像配准;④ 进行图像配准实验,对配准结果进行目视检查和精度评估。经过多组光学与SAR图像配准实验,验证本文算法能够结合基于特征和基于区域的图像配准方法的优点,较好地抵抗光学与SAR图像之间的非线性强度、旋转、尺度、平移差异和SAR图像的噪声影响,并逐步提高配准精度,最终配准精度达到1个像素左右,实现了光学与SAR图像的高精度自动配准,能够满足光学与SAR图像后续综合应用。     

交叉点结构特征约束的机载LiDAR点云与多视角航空影像配准

针对机载点云与航空影像配准精度受点云密度影响较大的问题,本文提出一种交叉点结构特征约束下的机载点云影像配准方法。该方法充分利用激光测距精度较高这一优势,采用点云中的平面结构对影像区域网进行绝对定向约束。首先,利用POS辅助平差后的影像内外方位元素和影像交叉点结构匹配结果,以反投影距离为测度,按照最小二乘准则交会得到交叉点物方结构;然后,在LiDAR点云中自动探测交叉点结构的同名LiDAR平面点;最后,进行交叉点结构特征约束下的航空影像联合区域网平差,得到精确的相机内参数和影像外方位元素。实验结果表明,本文方法在平面和高程方向上均可达到1~2个像素的配准精度。与基于建筑物角特征的配准方法相比,有效克服了点云密度对配准精度的影响,当点云密度较低时,本文方法依然可以取得较高的配准精度。     

基于特征空间匹配的激光雷达点云配准算法

针对传统基于特征的粗配准效率低、误匹配较多的不足,提出一种基于特征空间匹配的配准方法。利用简化的PointNet模型实现特征空间的提取,以优化的点云PPF信息作为输入,根据提取的特征空间向量计算欧氏距离以筛选匹配点,通过RANSAC剔除误匹配点对完成粗配准,利用ICP实现精配准。实验结果表明,本文算法相比FPFH和SHOT算法与ICP结合可有效提升配准效率,且配准结果的均方根误差较小。     

SIFT与粗差剔除算法相结合的机载SAR影像匹配研究

SAR影像匹配是SAR数据处理的重要环节,但是,SAR影像匹配成功率、正确率及精度较低。通过SAR影像匹配,建立SAR匹配像对,对雷达立体观察和立体测量有重要的意义。在机载SAR影像匹配中,应用SIFT 算法,获得较稳定的特征,并结合2D单应变换的RANSAC算法剔除误匹配点对;选取三组不同类别的机载SAR影像数据,利用SIFT 和粗差剔除相结合的算法,通过VC++和OpenCV编程,提取出特征稳定且均匀分布的同名点对,完成机载SAR影像匹配实验。结果表明,对于含有人工建筑物的机载SAR影像,SIFT 算法可有效地提取大量稳定的匹配点对,其正确率高;对于含有自然植被的机载SAR影像,SIFT 算法可有效地提取较多稳定的匹配点对,其正确率较高;由于SIFT 算法实质上是基于局部灰度匹配的算法,对于纹理信息缺乏的机载SAR影像,只可提取少量稳定的匹配点对,其正确率相对前两者较低。总体而言,在机载SAR影像中SIFT 算法能够提取到稳定的匹配点对,并结合基于2D单应变换的RANSAC算法,可有效剔除误匹配点对,提高匹配正确率及精度。     

基于一致性球的点云配准算法研究

针对三维建模中经典ICP算法在点云重叠度低时配准精度不高的问题，提出一种基于一致性球的配准算法。该算法在寻找对应点方面，将球体的旋转不变性与基于邻域的SVD正交一致性算法结合起来，使得配准算法能够获得较高正确率的对应点，并以此为基础进行扩散，得到更多的对应点；再使用刚性约束对错误点对进行剔除，最后使用四元数法求解变换矩阵。该方法不仅克服了传统ICP配准算法的缺陷，而且精度也优于传统ICP配准算法。     

差分InSAR处理及其应用分析

本文结合实例分析和介绍了影响In SAR处理结果的几个重要环节。如: 数据源及像对选择 ;影响In SAR处理的因素等。目前有4～5种雷达卫星数据可以用于In SAR的处理,ERS-1/2卫星数据效果最好; 差分In SAR处理的工作步骤中,亚像元精度的配准、相干性分析、全相位恢复等是其中的关键技术。In SAR的精度和噪声水平是In SAR能否实用的重要条件,噪声影响地物的相干性,噪声较大部位相干性消失,在整幅图像中噪声区域不大于30% ,将不影响整体的In SAR测量结果。     

机载InSAR图像配准算法比较研究

复图像配准的关键是选择合适的匹配测度函数,但匹配测度函数对不同地形的适应性有待于研究。本文首先介绍了复相关系数法、实相关系数法、频谱极大值法和平均波动函数法的原理和机载双天线In SAR数据的配准流程,然后分别对比分析4种测度函数在机载In SAR山地和平地数据的精度和可靠性。实验结果表明,复相关系数法和频谱极大值法分别在山地和平地区域获得稳健、高精度的配准结果     

改进权重的迭代最近点算法在点云配准中的应用

针对传统迭代最近点算法不具备抗差性的难题，利用迭代最近点算法配准残差的分布规律，综合M估计及选权迭代思想，提出改进权重的迭代最近点配准算法。根据每个点对配准计算出对应的初始权重，然后在附加点对权重的基础上使用选权迭代法计算出满足条件的权重，以达到抵御粗差的目的。结果表明，选权迭代过程能合理改善三维空间转换参数计算的结果，提出的改进算法较适合含粗差点的点云数据的配准。     

基于点云去噪的球形标靶中心拟合研究

以球形标靶作为同名特征点进行点云数据配准时，若标靶附近有干扰物或扫描的标靶点云含有大量噪声，会对点云配准质量造成很大影响。针对目前点云配准对标靶自身噪声有所忽略的问题，分析球形标靶的特点，探讨小波阈值去噪方法的适用性，并对去噪小波基函数的选取进行实验，提出球形标靶点云离散噪声小波阈值去噪方法。实验表明，标靶自身点云的去噪不可忽视。分析结果表明，该方法能够更有效地滤除球面外围粗差噪声，单个球形标靶的中心位置拟合精度提高约0.8 mm，相较标靶球未经去噪的拼接结果，扫描物特征检查点的坐标拼接误差减小约5 mm，点云总体配准精度提升约20％，是一种有效的点云数据配准预处理方法。     

基于虚拟特征点的三维激光点云粗配准算法

在地面三维激光点云特征提取的过程中,由于三维点云数据采集仪器、采集方法及后期处理等因素影响,依靠传统的基于曲率、法线等几何特征及统计学算法提取出的点云特征数量较多且存在较大误差,若使用其直接作为特征点数据进行点云粗配准,很难提高点云粗配准的精度及速度。因此,本文在对点云数据实际空间分布结构分析的基础上,结合特征点提取算法、法向一致化算法、PCA（Principal Component Analysis）方法及特征点聚类等方法,提出了一种三维激光点云数据虚拟特征点拟合算法。该算法生成的虚拟特征点是由点云实际的特征点拟合得到,或是由位于被测物特征线上的特征点拟合生成的特征线计算得到,该虚拟特征点并不是扫描对象上实际存在的激光反射脚点。通过实验验证,虚拟特征点拟合算法可以较准确地拟合出由于设备及操作方法等原因而未被采集到的建筑物边角点数据,得到的虚拟特征点数据较实际特征点数据具有更少的数据量及更高的精度,使用拟合得到的虚拟特征点可以减少粗配准算法的计算量,提高粗配准算法的计算效率并能获得更精确及可靠的初始配准变换参数。     

结合改进的降斑各向异性扩散和最大类间方差的SAR图像水体提取

利用遥感成像技术获取地面水体信息对水资源调查、自然灾害评估、流域规划和生态环境监测等具有重要意义,其中SAR成像作为大范围地面监测的可靠数据源,拥有全天时、全天候、广覆盖等光学遥感系统所不具有的优点,在水体提取中得到了广泛的应用。但由于受SAR图像相干斑噪声的影响,现有水体提取方法难以迅速、精确提取SAR图像中复杂精细的自然水体结构。为此,提出一种结合改进的降斑各向异性扩散和最大类间方差的SAR图像水体提取方法。首先,利用降斑各向异性扩散滤波SAR图像,在迭代滤波过程中通过计算图像间平均结构相似度自适应控制迭代过程,使其同时保持精细边缘和纹理结构;然后,以类间方差最大为准则,自适应确定阈值,实现滤波结果图像二值化分割。在二值化分割结果中,搜索具有相同像元值且位置相邻的前景像元点组成的连通区域,使每个单独的连通区域形成一个被标识的块,通过获取这些块的几何参数来消除图像的误分割,精确划定真实的水体区域,以实现SAR图像水体提取。为了验证提出方法的准确性,将本文方法提取的水体边界与人工绘制的水体边界叠加,结果表明二者可较好吻合。同时,从视觉、提取精度和运行时间对本文方法与目前常用3种SAR图像水体提取算法的结果进行比较分析,其中本文方法的运行时间满足实时应用的要求,提取结果的边界在2个像元评级区重叠度均达到80%,明显优于其他方法且本文方法提取结果在边界及细节信息等视觉方面也更加显著。对结果的定性及定量评价表明本文方法的优越性。     

基于SAR和AIS的角度最近邻数据关联方法

提升海上态势感知能力是构建智慧海洋的重要环节。针对目前海上目标研究单源传感器存在感知盲区,多源传感器数据关联易受杂波干扰、在密集区表现不佳等问题,本文基于合成孔径雷达(SAR)和船舶自动识别系统(AIS)数据,提出一种抗干扰性强的角度最近邻数据关联方法,充分利用SAR与AIS船舶目标的空间角度关系,提高船舶目标在密集区域点迹关联的准确性。首先,对AIS数据进行时空滤波,实现数据粗关联,构建关联分析的数据候选集;然后,从时空数据的空间关系角度出发,在灰狼优化和匈牙利算法的启发下,利用点迹对特征向量矩阵进行运算,实现对多源空间数据的优化关联;最后结合数据几何关系对结果进行置信度评估。本文选取5幅SAR影像与AIS数据进行实验,并基于SAR影像数据及船舶轨迹点分布密度设计仿真实验,结果表明,本文所提出的角度最近邻数据关联方法,在密集分布情况下,关联精度为传统NN、GNN算法的3.62和4.61倍,运行时间为1.69 s,相较于NN算法仅增长1.36 s,仅占GNN运行时间的0.49%,在运行时间增长不大的情况下具有更强的抗干扰能力,在密集区域仍能取得较好的关联效果。     

基于改进SVM分类法的SAR图像水体面积提取研究

在复杂地表环境下的多云多雨地区,基于合成孔径雷达（SAR）图像提取水体时容易受到其它地物如水田、山体阴影等干扰,传统的灰度阈值法和SVM法未能考虑水体与其它地物在纹理和地形上的差异,因此水体提取结果精度较差。研究首先用Refined Lee滤波对SAR图像进行预处理;其后通过DEM建模和坡度计算提取地形特征,通过计算图像灰度共生矩阵以提取纹理特征（包括均匀性、角二阶矩和熵）,并结合SAR图像极化信息以及SDWI指数形成针对水体提取的特征空间,通过融合地形特征和图像纹理特征发展了改进SVM 分类法的水体提取模型。在使用Sentinel-1 SAR数据对所发展模型与SDWI水体指数法、传统SVM法水体提取结果进行比对后发现,改进SVM分类法提取的水体结果较好地剔除了水田和山体阴影,且提取的水体水面比传统的SVM法更加完整;该方法在总体精度、Kappa系数、漏分率和错分率指标上均优于SDWI法和传统的SVM法,总体精度达到98.06%,比SDWI法和传统的SVM法分别提高了23.24%和5.49%,有效提高了复杂环境下地表水体的提取精度。研究最后将所发展模型应用于2018年马哈韦利河流域逐月水体提取与变化分析,有效解决了山体阴影和水田误分问题。本文提出的改进SVM法可以实现复杂地表环境下大范围水体信息准确、完整提取。     

基于空间自相关和概率论的土壤重金属异常值的识别方法

数据是开展土壤环境质量研究的基础,在实验过程中,由于系统误差和人为误差导致数据异常、降低数据质量,进而对污染评价、修复与管理决策等后续工作带来误判。目前对于此方面缺乏深入的研究和探讨。基于此,本研究提出一种甄别土壤重金属异常数据的方法,并以北京市土壤Cd含量数据为例,对该方法的有效性进行了验证。结果显示,北京市651个土壤Cd数据中有34个数据异常,对甄别出的异常数据进行化学复测,发现76.5%的Cd异常数据（26个）为系统误差和人为误差导致;20.6%的异常数据（7个）为客观存在的异常点。将原始数据修正后,插值预测精度得到了显著提高。Cd异常数据自身的平均相对误差下降44.56%,均方根误差降低33.33%;受异常值影响的邻近点平均相对误差下降20.59%,均方根误差降低17.33%。结果表明本方法可以有效识别出土壤重金属数据中的异常数据,在增加有限样本量和分析时间的前提下提高调查数据质量,为开展区域土壤调查,保障数据质量提供有效的工具。     

基于SAC-IA和NDT融合的点云配准方法

提出一种基于采样一致性初始配准（SAC-IA）和正态分布变换（NDT）配准融合的点云配准方法。首先计算出待配准点云和目标点云的快速点特征直方图(FPFH）特征;然后依据该特征,利用SAC-IA算法求出初始转换矩阵,完成初始配准;最后在初始配准的基础上,利用NDT算法对两片点云进行精配准。实验结果表明,该方法的配准精度显著优越于ICP算法,且配准效率也有所提升。     

High accuracy NMO correction and application for VTI media

It is difficult for normal moveout(NMO)correction of shallow long offset of vertical transversely isotropic medium,as seismic event after conventional NMO correction experienced strong stretching and distortion due to interleaving of signal.Even using higher order non-hyperbolic NMO correction,it still cannot get the right results.This paper aims to improve the accuracy of NMO correction.Based on the analysis of conventional NMO correction method and previous optimization move-out equation,we use longitudinal optimization method to correct seismic event.The results of the theoretical model and the real data show that our method can completely remove NMO stretching and greatly improve correction accuracy.     

基于DEM的SAR影像几何定位参数校正方法

针对大范围无地面控制的SAR影像几何纠正,利用在一定时间和空间范围内SAR系统几何定位参数误差具有一定稳定性的特点,提出基于DEM的几何定位参数校正方法。该方法首先基于DEM进行影像模拟生成模拟SAR影像;然后在模拟SAR影像上提取特征点,针对特征点将模拟SAR影像和原始SAR影像进行匹配,得到特征点在原始SAR影像上的同名特征点,再结合DEM进行模拟影像间接定位获取特征点的地理坐标,以此作为几何定位参数校正的参考点;进而根据严密SAR几何构像模型构建几何定位参数校正模型,解算几何定位参数校正值;最后,利用几何参数校正值改正区域内其他SAR影像几何定位参数,提高区域内SAR影像几何定位精度。以高分三号影像进行试验,使用本文方法获取一景影像的几何定位参数校正值,对同一轨道内的和不同轨道的其他SAR影像进行参数校正,并对参数校正前后的几何定位精度进行评价。结果显示,同一轨道内的影像定位精度由66.0 m提高到9.7 m,不同轨道的影像定位精度由65.0 m提高到13.5 m,表明本文方法能够显著提高SAR影像几何定位精度。