点云直方图在多波束条带自动匹配中的应用

多波束测深是一种广泛使用的水下地形探测方式。当前多波束数据处理技术日臻完善,但是多波束条带间自动匹配仍存在较多问题。针对水下复杂环境、多波束自动匹配效果不佳的问题,采用点云直方图 (point feature histograms,PFH)自动匹配算法,对条带点云进行自动匹配。因直方图所在的高维超空间为特征描述提供一类量化信息,对点云对应曲面的多维姿态具有鲁棒性和适用性。因此,在多波束自动匹配算法中采用PFH算法。实验数据由6205侧扫多波束测深系统获取,并对实验数据采用随机抽样一致算法(random sample consensus,RANSAC)进行定性定量分析,验证本文算法的优势,并分析相关不足。     

基于加速鲁棒特征图像匹配的云导风计算方法

利用云导风技术结合高分辨率气象卫星遥感数据获取风矢量,在监测台风等极端气象灾害方面具有重要应用。本文提出了一种基于加速鲁棒特征(speeded up robust features,SURF)图像匹配的云导风计算方法,利用SURF算法结合随机抽样一致算法(random sample consensus,RANSAC),提取并匹配两景连续时序云图的特征点,计算风矢量,并结合当地大气温度廓线指定云高,经质量控制得到云导风矢量。运用该方法模拟了2018年台风“山竹”的云导风矢量,以美国威斯康星大学气象卫星研究合作所(CIMSS)的大气运动矢量资料进行验证,结果表明:(1)风速和风向的相关系数分别为0.78和0.79,均方根误差分别为4.75 m·s^–1和37.64°,平均绝对百分比误差分别为33.49%和22.55%,整体具有良好的模拟精度;(2)与CIMSS资料相比,基于特征点匹配的SURF云导风计算方法在反演密集云区的风矢量有明显优势,可有效提高云区内风矢量的数量,扩大风矢量的空间覆盖范围;(3)图像对比度增强处理对特征点的提取和风矢量的空间分布有重要影响,伽马变换因子γ=5时,能较好地平衡台风外围螺旋云带和中心附近云区的风矢量数量,反映台风风场的整体特征。该方法作为基于尺度不变特征变换的云导风计算方法的改进,可为利用卫星遥感影像数据进行云导风计算提供新的思路。     

基于鲁棒Hausdorff距离和遗传搜索的快速匹配方法

采用SIFT算子提取特征点，减少图像数据量，针对传统Hausdorff距离对噪声、出格点较敏感的问题对其进行改进，并以改进后的鲁棒Hausdorff距离作为匹配测度，利用非遍历而又有效的遗传搜索策略进一步提高了匹配速度。对发生旋转变形和灰度变化的遥感影像进行模拟实验，实验结果证明了该算法的有效性和快速性。     

利用二进制特征描述符的改进SIFT影像匹配算法

针对SIFT算法在匹配过程中运行效率低的不足,结合BRIEF特征描述子,将SIFT算法的高维特征向量转换为二进制特征描述子,以提高匹配效率。特征匹配过程首先采用Hamming距离完成粗匹配,再采用最小距离筛选法结合PROSAC算法的双重检测对初步匹配的特征点去伪,获得精准的匹配点对。实验结果表明该算法较SIFT算法匹配精度平均提升30.6%,匹配效率平均提高4.06倍,具有较强的实时性以及可行性。     

基于MPHD算法的高分辨率遥感影像对海洋上空的云及其阴影的识别与匹配

对云及其阴影的识别是遥感图像处理中的一项基础性工作,在高分辨率遥感影像中,云及其阴影在图像中的分布是有规律的,利用两者在平坦区域高分辨率卫星影像上具有相似性的特征对其进行识别与匹配,可以比较简单地利用图像域值分割方法得到更好的识别与匹配结果.采用面向对象的思路提取云及其阴影的轮廓,在分析图像分割误差原因的基础上,考虑影像上云与其阴影的空间拓扑关系,应用改进的分数Hausdorff距离的图像匹配方法(MPHD),通过云及其阴影的局部相似的匹配,从而很好地识别出云及与其匹配的阴影,同时还可计算出匹配两者在投影平面上的距离.提出的云及其阴影的识别与匹配算法,为计算云高和应用遥感图像处理云及其云阴影的掩模提供科学依据.     

基于空谱融合与AlexNet算法的滨海湿地植被分类研究

为提高遥感影像融合质量,提升资源一号(ZY-1 02D)高光谱遥感影像滨海湿地植被分类精度,提出将ZY-1 02D高光谱影像与空间分辨率为10 m的哨兵2号(Sentinel-2)影像进行Brovey融合,并通过搭建AlexNet卷积神经网络对ZY-1 02D高光谱影像和Brovey融合影像的滨海湿地植被进行分类,与支持向量机、随机森林和BP神经网络分类算法进行精度对比。研究结果表明:经Brovey融合后,AlexNet、支持向量机、随机森林和BP神经网络算法的植被分类总体精度分别提高15.60%、7.00%、14.80%和10.00%,Kappa系数提高了21.35%、9.93%、18.97%、12.85%;基于Brovey影像融合与AlexNet算法的植被分类精度最高,总体精度为92.40%,Kappa系数为89.42%。空谱融合配合AlexNet卷积神经网络有效解决了高光谱遥感影像在滨海湿地植被分类应用中精度较低的问题,为滨海湿地植被资源动态监测提供技术和方法支撑。     

利用环境一号卫星热红外影像反演渤海海表温度

针对环境卫星热红外遥感影像,结合美国环境预报中心(NCEP)再分析数据,运用覃志豪单窗算法(MW),修订了该算法的主要参数计算公式,建立了反演海洋表面温度的流程.利用2009年10月4日渤海上空的热红外遥感影像进行反演试验,同时对比反演结果和美国中等分辨率成像光谱仪(MODIS)的海表温度产品(MOD28)之间的差异....     

顾及轮廓信息和DRLSE模型的遥感影像瞬时水边线快速提取

针对利用传统瞬时水边线提取方法处理高分辨率遥感影像存在提取结果不连续、效率不高和无法同时提取多片水域等问题, 提出了一种顾及轮廓信息和距离正则化水平集演化(distance regularized level set evolution, DRLSE)模型的遥感影像瞬时水边线快速提取方法, 并将其应用于福建泉州附近海域瞬时水边线提取。首先,使用DRLSE模型提取地物轮廓信息, 以解决经典阈值方法水边线提取结果不连续问题; 其次, 利用DRLSE模型的初始矩形轮廓中心位置和周长信息, 对噪声点等轮廓进行自动剔除, 并提取多片水域, 以提高瞬时水边线提取后处理效率。研究结果表明:相较于泛洪算法、Canny算子和CV(Chan-Vese)模型, 应用本方法进行大陆海岸线瞬时水边线提取更高效, 且提取结果连续、精度更高。     

一种基于SIFT特征匹配的自动图像拼接方法

提出了一种利用尺度不变特征变换匹配技术应用于图像自动拼接的方法，SIFT特征是图像的局部特征，其对旋转、尺度缩放、亮度变化均保持不变，对视角变换、仿射变换、噪声均有一定程度的稳定性。在分析了SIFT特征匹配理论的基础上，利用SIFT获取匹配点对，结合最小二乘匹配方法提高了匹配的精度，通过计算图像之间的变换参数，实现图像的自动拼接。实验取得了较好的结果，验证了方法的可行性。     

基于天绘一号的匹配生长水体提取方法

以国产天绘一号01星多光谱4波段影像为数据源,针对大范围水体提取难度大的问题,提出基于归一化水体指数(NDWI)和单波段阈值法的匹配生长算法。采用NDWI水体指数法提取完整的海洋水体和内陆部分水体,将内陆部分水体与单波段阈值对应位置完整的水体做匹配,再通过连通区提取、掩膜运算获得完整的水体分割二值图。采用两景遥感影像(大连和芝罘)进行实验,并与经典水体提取算法进行对比分析。实验结果表明:该法总体精度在90%左右,Kappa系数在0.8左右,对经典提取算法有了显著改善。在大范围提取水体信息时效果较好,提取水体的同时能有效减少陆地阴影造成的干扰,在海陆边界处,陆地轮廓清晰,较好的将陆地和海洋分割开来。     

海岛礁光学和雷达影像基于改进非子采样小波变换的自动配准

Homologous feature point extraction is a key problem in the optical and synthetic aperture radar （SAR） image registration for islands. A new feature point extraction method using a threshold shrink operator and non-subsampled wavelet transform （TSO-NSWT） for optical and SAR image registration was proposed. Moreover, the matching for this proposed feature was different from the traditional feature matching strategies and was performed using a similarity measure computed from neighborhood circles in low-frequency bands. Then, a number of reliably matched couples with even distributions were obtained, which assured the accuracy of the registration. Application of the proposed algorithm to SPOT-5 （multi-spectral） and YG-1 （SAR） images showed that a large number of accurately matched couples could be identified. Additionally, both of the root mean square error （RMSE） patterns of the registration parameters computed based on the TSO-NSWT algorithm and traditional NSWT algorithm were analyzed and compared, which further demonstrated the effectiveness of the proposed algorithm. The algorithm can supply the crucial step for island image registration and island recognition.     

海岛区域含云雾影像预处理技术研究

薄雾、朵云的影响导致光学遥感影像质量下降,欲有效开展海岛区域测绘需对相关影像进行必要的预处理。首先分析了海岛区域影像中薄雾和朵云的辐射及几何特点,其次采用改进的基于暗原色先验知识的薄雾处理方法和朵云及云影双阈值同时检测方法T多源影像配准后压盖地物信息替换,以及改进的影像匀光匀色方法。实验证明,上述方法能够有效地改善海岛区域影像的视觉质量,提高其作业效率。     

基于改进SICP算法的多源点云配准研究

三维激光点云数据具有精度高、数据获取高效、几何信息丰富的优势,在地形数据获取方面起到了越来越重要的作用。但在实际的外业测量中,由于视场角限制,一般都难以获取待测物体完整的点云数据,发生数据缺失现象。而根据摄影测量技术生成密集的影像点云,能获取复杂区域的测量数据。针对三维激光点云数据外业采集缺失的状况,结合影像密集点云特征,提出了一种加入动态迭代因子和分步最优求解尺度的改进尺度迭代最近点(scaling iterative closest point, SICP)算法,对影像点云与三维激光点云进行配准研究。实验结果表明:基于改进的SICP算法提高了影像点云与三维激光点云的配准精度、减少了迭代次数,能有效解决不同源平台获取的点云数据融合问题。     

改进的ICP点云配准算法

三维激光点云配准是点云三维建模的关键问题之一。经典的ICP算法对点云初始位置要求较高且配准效率较低,提出了一种改进的ICP点云配准算法。该算法首先利用主成分分析法实现点云的初始配准,获得较好的点云初始位置,然后在经典ICP算法的基础上,采用k-d tree结构实现加速搜索,并利用方向向量夹角阈值去除错误点对,提高算法的效率。实验表明,本算法流程在保证配准精度的前提下,显著提高了配准效率。     

一种基于MATLAB的声呐条带图像自动拼接算法

准确地实现侧扫声呐条带的拼接对于了解海底地形、提高对海床地物反映的准确度起着重要的作用,而相邻条带的配准是声呐条带拼接的重要前提.MATLAB以其强大的矩阵运算功能及具有丰富的图像处理函数等特点,在图像处理方面占据明显的优势.文中利用MATLAB的IPT工具箱实现了基于互信息方法的声呐条带图像的自动快速配准,通过实验验证了该配准方法的有效性.并用小波变换方法对配准好的条带图像进行融合,实现声呐条带图像的有效拼接和镶嵌.     

Automatic Registration of TOBI Side-Scan Sonar and Multi-Beam Bathymetry Images for Improved Data Fusion

Deep towed side-scan sonar vehicles such as TOBI acquire high quality imagery of the seafloor with very high spatial resolution but poor locational accuracy. Fusion of the side-scan sonar data with bathymetry data from an independent source is often desirable to reduce ambiguity in geological interpretations, to aid in slant-range correction and to enhance seafloor representation. The main obstacle to fusion is accurate registration of the two datasets.The application of hierarchical chamfer matching to the registration of TOBI side-scan sonar images and multi-beam swath bathymetry is described. This matches low level features such as edges in the TOBI image, with corresponding features in a synthetic TOBI image created by simulating the flight of the TOBI vehicle through the bathymetry. The method is completely automatic, relatively fast and robust, and much easier than manual registration. It allows accurate positioning of the TOBI vehicle, enhancing its usefulness as a research tool. The method is illustrated by automatic registration of TOBI and multi-beam bathymetry data from the Mid-Atlantic Ridge.     

图像灰度匹配算法研究

图像配准是图像处理的基本任务之一，其效果将直接影响到其后续图像处理工作的效果。介绍了一种借助转动惯量计算惯量椭圆以进行遥感灰度图像配准的方法。     

A new global alignment approach for underwater optical mapping

Lately, underwater vehicles have become important tools for exploration, monitoring and creation of maps of the seabed. Within mapping applications, the maps obtained from optical data are becoming essential in different study areas such as biological, geological and archaeological surveys, or in detection of benthic temporal changes. However, the underwater medium is very challenging for optical sensors and does not allow the area of interest to be imaged in a single image. Therefore, image mosaicing methods are necessary. Although recent advances in detection of correspondences between images have resulted in highly effective image registration methods, global alignment methods are still needed to obtain a globally coherent mosaic. In this paper, we propose a new global alignment method which works on the mosaic frame and does not require non-linear optimisation. Additionally, a simple image rectifying method is presented to reduce the down-scaling effect which might occur when minimising errors defined in the mosaic frame. Moreover, this rectifying method can also be seen as an alternative and straightforward way of incorporating different sensor information if available. The proposed framework has been tested with underwater image sequences. The resulting method is faster than its counterparts while providing the same level of registration quality.     

基于ICCP匹配算法的海底地形匹配辅助导航

利用海底地形辅助导航是水下载体导航技术致力研究的新方向，采用ICCP算法作为对准匹配算法，利用实测地形数据和已知地形数据库，进行仿真计算，修正惯性导航系统累计误差，得到水下载体的最佳匹配位置，以提高水下载体的导航精度。