基于空地影像多层级匹配的火星巡视器定位与地面验证

深空探测巡视任务中巡视器的高精度定位对于巡视器的自身安全与持续运行至关重要。巡视器定位主要包括相对定位和绝对定位两种方式,其中绝对定位方法主要是利用轨道器/着陆器的数据为基准确定巡视器在全局坐标系下的位置。美国Mars 2020任务携带的机智号无人机在火星环境下完成了飞行验证,它能够获得高分辨率的火星表面影像,从而为火星巡视器绝对定位提供了新思路。据此,本文提出了一种卫星-无人机-巡视器影像协同的多分辨率影像匹配绝对定位框架。首先,利用运动恢复结构(structure from motion, SFM)方法对无人机影像进行三维重建,获取局部高分辨率三维地图;然后,开展巡视器影像与无人机影像的多视角匹配,并基于匹配结果利用后方交会实现巡视器在无人机局部地图中的高精度定位;最后,通过局部无人机影像与卫星影像的配准,实现卫星影像全局坐标系下的巡视器绝对定位。为验证本文方法的可行性,开展了巡视器定位仿真试验,试验结果验证了本文方法的可行性,能够为后续我国开展类似工程任务提供参考。     

遥感制图与导航定位技术在嫦娥三号遥操作中的应用

系统介绍了嫦娥三号遥操作中基于影像的遥感制图与导航定位技术的应用方法。利用降落相机序列影像实现了嫦娥三号着陆器在嫦娥二号卫星影像上的高精度定位,并生成了着陆区高精度3维制图产品;利用导航相机立体影像生成巡视器周围地形产品,采用站间影像匹配定位和DOM匹配的方式实现了玉兔号月球车的连续高精度定位;将高精度的定位结果和制图产品应用于月球车遥操作任务规划中,为月球车的安全行驶和科学探测提供了精准的定位和3维地形信息。月球车月面巡视探测工作的顺利完成,验证了这些应用技术的可靠性。     

低空摄影测量立体影像匹配的现状与展望

影像匹配是在两幅或多幅具有重叠度的影像中通过特定的算法提取影像间同名点的过程,是低空摄影测量数据处理中最为关键的步骤,匹配质量与效率直接影响到后续数据处理的成功与否,关系到测绘产品生成质量。本文系统阐述了低空摄影测量影像匹配的研究现状与展望。对影像匹配的分类进行总结和归纳,大体上,影像匹配可划分为两大类,即基于灰度和基于特征的匹配。重点针对基于特征的影像匹配,从点、线、面等特征提取算法及特征描述符和相似性测度与策略等方面进行了详细阐述。此外,列举最新的基于深度学习的影像匹配算法,对低空平台搭载的多样化传感器数据融合可能涉及的影像匹配方法进行了展望。     

《基于明暗恢复形状的月面地形恢复》内容简介

正探月工程是中华民族历史上重大的科技工程之一。为了实现探月二期的科学与工程目标、保障月面巡视探测器安全的路径规划和实施高效的科学探测,着陆区和巡视探测区高精度的地形信息将发挥至关重要的作用。本书结合下降序列影像匹配与基于明暗恢复形状(SFS)技术完成三维地形恢复算法。算法提出了SFS反射方程的特征边缘约束条件,并以下降序列影像得到的匹配点作为控制点,对     

基于无人飞行器遥感影像的数字摄影测量关键技术研究

随着无人飞行遥感器越来越多的应用到国民经济建设,无人飞行器遥感影像的处理已成为当下一个热点的研究问题。但相对于传统的航空摄影测量而言,无人飞行器遥感影像有着很多传统航空影像所不具有的问题。针对这些特点,本文着重探讨影像畸变改正、Harris特征点提取、基于特征点的金子塔影像双向匹配以及核线影像生成等无人机影像数字摄影测量处理的关键技术。     

航空摄影立体像对的全自动影像匹配

在原始影像立体像对的基础上,实现DEM的全自动提取是"数字摄影测量”的最重要的技术,是"摄影测量”对"数字地球”科学体系的最大贡献.DEM全自动提取的关键技术就是立体像对的全自动影像匹配.作者经过多年的实践,分别实现了航空影像立体像对的全自动影像匹配和航天影像立体像对的全自动影像匹配.从自动内定向、自动相对定向、全数字影像匹配等3个子过程论述了实现航空影像DEM全自动提取技术的全过程,并且给出了试验的结果和分析.     

航空摄影立体像对的全自动影像匹配

在原始影像立体像对的基础上,实现ＤＥＭ的全自动提取是“数字摄影测量”的最重要的技术,是“摄影测量”对“数字地球”科学体系的最大贡献。ＤＥＭ全自动提取的关键技术就是立体像对的全自动影像匹配。作者过多年的实践,分别实现了航空影像立体像对的全自动影像匹配和航天影像立体对的全自动影像匹配。从自动内定向,自动相对定向、全数字影像匹配等３个子过程论述了实现航空影像ＤＥＭ全自动提取技术的全过程,并且给出了试验的     

影像匹配算法模型

通过对数字摄影测量、心理物理学、计算机视觉领域的影像匹配理论探讨,尝试把不同的匹配研究路线揉合在一个算法模型中,从而将心理物理学、计算机视觉、数字摄影测量领域的影像匹配问题联系起来,并对数字摄影测量的影像匹配算法进行了讨论.     

影像匹配算法模型

通过对数据摄影测量、心理物理学、计算机视觉领域的影像匹配理论探讨,尝试把没的匹配研究路线揉全中在一个算法模型中,从而将心理物理学、计算机视觉、数字摄影测量领域的影像匹配问题联系起来,并对数字摄影测量的影像匹配算法进行了讨论。     

广义点摄影测量及其应用

将传统的点摄影测量与当代发展的线摄影测量以及无穷远点理论综合升华为广义点摄影测量理论。论述了广义点摄影测量理论。介绍了其应用。包括由灭点计算影像参数及单像建模。由矢量与影像的匹配确定影像的参数，钣金件的检测与由轮廓线匹配确定飞机的姿态等。     

一种模拟纠正影像的SAR立体影像匹配方法

针对常规SAR影像匹配方法在地形起伏较大区域无法获取理想的SAR立体影像匹配结果的问题,该文提出了一种基于模拟纠正影像的SAR立体影像匹配方法。利用观测区域粗分辨率DEM进行SAR影像模拟,进而获取几何纠正SAR影像,在几何纠正SAR影像上实现影像匹配,等效于常规基于灰度影像匹配中进行的影像粗配准工作,并且相比于常规粗配准,该等效粗配准过程能够均衡地顾及到整幅影像的像元,最终实现了地形起伏较大区域的高精度SAR立体影像匹配。采用COSMO-Skyped影像数据进行了实验,实验结果表明,匹配精度达到了3个像素左右,比常规的基于灰度影像匹配方法有较大提高,能够有效解决地形起伏较大区域SAR立体影像匹配问题。     

基于RPC近似核线约束的CE-1影像匹配方法

"嫦娥一号"(简称CE-1)是中国自主研制并发射的首个月球探测器,卫星搭载的传感器是一个三线阵CCD立体相机,其主要科学目标是获取月球表面三维影像。根据三线阵影像以及月面影像的特点,为了能够得到密集度较高且分布均匀的同名点对,采用了一种基于RPC近似核线约束的影像匹配方法,结果表明基于核线约束的影像匹配方法较之传统二维影像匹配总体耗时短且具有较高的精度与可靠性。     

嫦娥三号导航相机测图能力分析及地形重建

基于立体相机成像模型并结合相机参数对嫦娥三号导航相机3维测图能力进行分析,利用摄影测量原理和误差传播定律对巡视器30 m范围内的DEM精度进行了理论分析,推导出导航相机立体影像获得的采样点精度公式,并绘制了DEM的平面精度图和高程精度图;同时使用多线程技术开发了基于导航相机立体影像的地形快速重建算法,利用多线程技术完成影像的特征匹配和密集匹配,并通过分块内插生成DEM。该技术应用于嫦娥三号任务中,有力地支持了嫦娥三号遥操作路径规划相关任务。     

嫦娥二号影像密集匹配及DEM制作方法

嫦娥二号卫星搭载了一台两线阵CCD立体相机,以线阵推扫成像方式获取了覆盖全月球的7 m分辨率影像。与嫦娥一号影像相比,影像分辨率大大提高,月表地貌细节更加丰富,制作高分辨率月表DEM更加复杂而困难,现有的基于嫦娥影像制作方法难以满足应用需求。针对嫦娥二号影像特点,在基于RPC模型生成近似核线影像基础上,进行金字塔影像匹配,实现了原始影像的逐像素匹配;计算匹配点的月面坐标后,采用基于反距离插值方法生成月表三维地形;对于图像阴影等地形漏洞,采用基于径向基函数进行插值填补。试验结果表明,该方法生成的月表三维地形DEM数据,能准确真实地表达高分辨率的月表地形地貌细节,并较好地应用于嫦娥二号全月球三维地形DEM数据产品的生产任务中。     

星载轻量化影像控制点数据制作方法

针对智能遥感卫星系统星上处理与端到端测绘应用的轻量化全球控制信息需求,本文提出了一种星载轻量化影像控制点数据制作方法。首先,在稀少/无地面控制数据条件下,通过国产高分辨率立体测绘卫星影像的区域网平差处理,生成全球影像控制点;其次,通过将影像控制点的局部影像描述至特征向量,设计星载影像控制点的轻量化表示模式,分析其存储性能和星上匹配应用策略;然后,采用哈希映射学习得到的哈希函数,将影像控制点特征向量转换至哈希码,实现星载影像控制点的深度轻量化处理;最后,采用多类型卫星影像数据,进行影像控制点提取、特征向量描述、深度轻量化处理以及匹配性能分析试验,验证了轻量化影像控制点星上匹配与应用可行性,得到了全球影像控制点轻量化处理能力分析结论。     

一种综合利用像方和物方信息的多影像匹配方法(英文)

A novel method for multi-image matching by synthesizing image and object-space information is proposed. Firstly, four levels of image pyramids are generated according to the rule that the next pyramid level is generated from the previous level using the average gray values of the 3 by 3 pixels, and the first level of pyramid image is generated from the original image. The initial horizontal parallaxes between the reference image and each searching image are calculated at the highest level of the image pyramid. Secondly, corresponding image points are searched in each stereo image pair from the third level of image pyramid, and the matching results in all stereo pairs are integrated in the object space, by which the mismatched image points can be eliminated and more accurate spatial information can be obtained for the subsequent pyramid image matching. The matching method based on correlation coefficient with geometric constraints and global relaxation matching is introduced in the process of image matching. Finally, the feasibility of the method proposed in this paper is verified by the experiments using a set of digital frame aerial images with big overlap. Compared with the traditional image matching method with two images, the accuracy of the digital surface model (DSM) generated using the proposed method shows that the multi-image matching method can eliminate the mismatched points effectively and can improve the matching success rate significantly. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Nos. 40771176, 40721001).     

面向宽基线立体影像匹配的高质量仿射不变特征提取方法

针对宽基线影像匹配问题,提出基于信息量和空间分布均衡性双重约束的多层次特征筛选方法,并在此基础上探讨集成该特征筛选方法、MSER(Maximally Stable Extremal Region detector)、SIFT(Scale Invariant Scale Transformation)的特征提取算法,以达到提取高质量(高信息量、空间分布均衡、高重复率)仿射不变特征的目的。实验表明,相对现有最优算法,本文方法具有更高的重复率和匹配成功率,更有利于后续的(宽基线)立体匹配。     

CE-1立体相机成像几何模型研究

传感器成像几何模型是摄影测量数据处理的关键问题.本文分析了CE-1立体相机成像几何原理、阐述了立体相机内定向以及根据探月卫星辅助数据计算外定向参数的原理和方法;提出一种快速反投影变换算法,建立了 CE-1立体相机成像几何模型.通过对CE-1三线阵影像、激光高度计数据的配准买验,验证了本文的有效性本文立体相机成像几何模型...     

基于边缘的多尺度立体匹配算法

提出了一种面向对象的多尺度递进的立体匹配算法,实现了由粗到细的快速立体匹配。首先对参考图进行粗分割获取目标对象,针对目标区域采用边缘线动态规划的方法获取视差,根据精度需求进一步判断该目标是否需要细分以获取更加精细的视差,得到有效的视差图。实验结果表明此方法快速有效。     

基于“嫦娥”卫星三线阵CCD立体相机的月球表面三维建模

＂嫦娥＂卫星三线阵CCD立体相机是实现月表地形观测的重要荷载,其以前、正、后视3种视角对月表进行连续扫描,获得南、北纬70°范围内3种不同倾角的二维推扫影像。在无月面控制点、卫星位置和姿态数据的条件下,基于数字摄影测量理论提出一种建立月表三维模型的方法：通过影像匹配获得前、正、后视二维推扫影像中的立体像对的像点坐标,在此基础上结合用准控制点后方交会解得的嫦娥卫星的空间位置和姿态数据,通过前方交会的方法解算出像元对应月面点的月球表面数字高程模型（DEM）径向高度数据,进而得到月表高程拟合模型、等高线分布图等,实现月表三维模型的建立。