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。     

一种改进的降落影像序列特征匹配方法

针对传统SIFT匹配方法用于嫦娥三号降落影像匹配效率低的问题,提出了一种改进的降落影像序列特征匹配方法。重构了着陆器垂直降落阶段拍摄过程的几何模型,并得到了不同降落影像中的同名匹配点之间的几何约束关系,然后通过SIFT方法进行影像中极值点的提取和特征描述,最终将几何模型约束用于极值点的匹配点搜索过程中,优化了匹配过程。采用嫦娥三号着陆器真实降落影像进行了试验,结果表明,改进方法能够取得较为稳定的匹配结果,且平均可以减少约为18%的匹配耗时,研究结果对后续深空探测任务的开展具有重要的参考价值。     

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。     

基于嫦娥二号CCD数据的核线影像生成方法

对于缺少嫦娥二号激光数据问题,本文提出了基于RPC有理多项式系数(Rational Polynomial Coefficient)的嫦娥二号CCD影像的核线影像生成方法.它利用了嫦娥一号激光高度数据与嫦娥二号CCD影像控制点相结合的方法生成月面控制点,通过月面控制点建立正确的校正公式,获得分辨率较高的正射影像图,并在此基础上提取核线影像.     

一种基于嫦娥一号CCD影像的影像匹配方法

月球测绘是完成月球探测任务的基础保障。这里提出了一种适合于CE-1获取的CCD影像的多尺度约束自动匹配方法。首先利用SURF算子提取影像上特征点;然后进行基于准核线和最小欧式距离约束的影像匹配;最后采用随机采样算法对误匹配点进行剔除而得到同名点信息。实验结果表明,该匹配方法提取的同名点有利于CE-1月球影像DEM的生成。     

严密定位模型辅助的国产卫星影像匹配

目的 针对不同传感器下的国产卫星影像特点,提出了一种基于严密定位模型的影像匹配方法。在现有方法的基础上,改进扫描行迭代搜索法,实现同名点的快速预测。在全球SRTM 数据的辅助下,建立了近似核线方程。通过局部畸变改正,消除了匹配窗口的几何与辐射变形。引入多片最小二乘匹配(MPGC)算法,对匹配结果进行精化,并剔除误匹配点。综合运用了小面元几何纠正法与基于控制网的匹配生长算法,提高了匹配点的匹配精度与分布均匀性。利用天绘一号、资源一号02C、资源三号卫星影像进行试验,结果表明所提出的方法能够较好地结合国产卫星影像特点,实现多传感器下多轨道影像的全自动联合匹配,获得高精度的同名点观测值。     

基于嫦娥二号数据的高分辨率影像拼接方法研究

以嫦娥二号(CE-2)DOM数据为几何纠正和色调调整底图,采用SIFT自动匹配算法实现影像精纠正,并提出一种基于直方图匹配思想的线性变换色调调整方法,最终完成嫦娥三号(CE-3)着陆区高分辨率窄角相机(LROC-NAC)影像快速拼接,为着陆点周围的地形地貌和地质构造综合分析提供数据.结果表明,该方法解决了LROC-NAC高分辨率影像快速拼接关键问题,实现了色调连续、纹理清晰、地物完整的拼接效果,具有较高的应用价值.     

卫星影像像控点的自动转点方法研究

针对以往多源影像中人工选取同名点费时费力并且精度低,本文首先利用SIFT特征匹配得到的同名像点作初值进行仿射变换,生成变换后影像,然后对基准影像与变换后影像进行相关系数匹配并利用双向匹配删除误匹配点,最后通过仿射逆变换得到原始影像上的同名像点位置。利用此方法对资源三号影像后视影像和实践九号全色影像进行试验,实验证明,结果明显优于在原始影像上直接进行相关系数匹配,可以很好地代替人工选点工作,大大减小了人工选取同名点的工作量。     

利用PCA-SIFT进行特殊纹理航摄影像匹配

提出了一种基于主成分分析-尺度不变特征变换(principal component analysis,scale invariant feature transform,PCA-SIFT)的特殊纹理航摄影像匹配方法。首先,对影像降采样并进行PCA-SIFT特征匹配;然后利用得到的同名像点计算平面单应矩阵,并确定影像对间的同名区域;随后,在同名区域间再次进行PCASIFT特征匹配并剔除误匹配点;最后,采用改进的最小二乘影像匹配方法对PCA-SIFT匹配结果进行精化,从而自动识别出同名像点。实验结果表明,本文方法可以达到子像素级的影像匹配精度,即使是在纹理贫乏和重复区域也能够匹配出足够数量的特征点,完全可以满足空中三角测量的影像自动量测要求。     

一种综合利用像方和物方信息的多影像匹配方法

提出了一种基于主成分分析-尺度不变特征变换（principal component analysis,scale invariant feature transform,PCA-SIFT）的特殊纹理航摄影像匹配方法。首先,对影像降采样并进行PCA-SIFT特征匹配;然后利用得到的同名像点计算平面单应矩阵,并确定影像对间的同名区域;随后,在同名区域间再次进行PCA-SIFT特征匹配并剔除误匹配点;最后,采用改进的最小二乘影像匹配方法对PCA-SIFT匹配结果进行精化,从而自动识别出同名像点。实验结果表明,本文方法可以达到子像素级的影像匹配精度,即使是在纹理贫乏和重复区域也能够匹配出足够数量的特征点,完全可以满足空中三角测量的影像自动量测要求。     

结合局部单应矩阵的ZY-3遥感影像稠密匹配

针对现有的特征点匹配结果的密集度无法满足于三维重建的需求问题,本文提出了一种结合局部单应矩阵的资源三号遥感影像稠密匹配方法。首先,采用ASIFT算法对资源三号遥感影像进行特征点匹配,通过随机抽样一致性(RANSAC)算法对初始的匹配结果进行优化,提高ASIFT匹配结果的精度;其次,以优化后ASIFT匹配结果作为匹配基元,构建Delaunay三角网,利用Delaunay三角网间的同名三角单元的单应矩阵关系对已有匹配结果进行加密;最后,通过灰度相似性和最小二乘双重约束提高加密特征点的精度,从而达到精匹配的目的。实验选取ZY-3遥感影像作为实验数据,实验表明,本文算法具有较好的可靠性与鲁棒性,能获得比ASIFT匹配多6倍的同名点。     

融合嫦娥一号CCD影像与DEM数据的月球撞击坑自动提取和识别

针对现阶段月球撞击坑定量信息提取不足和误提取的问题,本文提出了一种融合CCD影像和DEM数据进行撞击坑的自动提取及识别的算法。（1）在太阳光照下,撞击坑的影像特征满足特定的规律,通过条件匹配在CCD影像中提取撞击坑;（2）在DEM中,利用撞击坑坑壁点的坡向值的连续性,对影像中误提取的撞击坑进行剔除;（3）在DEM中,利用撞击坑边缘点法向量的突变性,提取撞击坑边缘点并进行拟合,计算撞击坑的参数,通过坑底点云所占比例以及剖面线特征识别撞击坑的类型。经过“嫦娥一号”影像与DEM数据的验证,该算法在高纬度月球撞击坑分布均匀的区域应用效果较好。     

基于多项式拟合的遥感影像匹配点粗差检测方法研究

针对遥感影像匹配点坐标存在粗差的问题,提出了一种遥感影像同名点坐标多项式拟合剔除粗差的方法,即用遥感影像同名点坐标求得遥感影像准核线模型后,再通过比较像点的上下视差来剔除粗差。笔者通过对World View2、资源3号、P5遥感影像立体像对的匹配点进行的粗差剔除实验,统计表明,准核线影像几何模型的上下视差中误差在0.3个像元左右,验证了该算法的有效性,同时也说明该算法在遥感影像匹配点坐标粗差剔除上具有可适性和通用性,为遥感影像匹配点的粗差剔除提供了一种可靠的方法。     

基于特征匹配的月球撞击坑自动提取研究

本文提出了一种基于特征匹配的撞击坑自动提取算法,该算法以单个撞击坑的5个典型影像特征为依据,用最大类间方差法将月面影像分割为暗区、亮区和背景3类;再使用区域生长将离散点聚合,通过特征匹配找出属于同一撞击坑的暗区与亮区,并利用八方向Sobel算子获取边缘控制点并拟合边缘。经过"嫦娥一号"和"嫦娥二号"部分遥感影像的验证,该算法对于纬度较高地区的月面影像提取效果较好,已成功应用到数字月球平台进行全月展示。     

多源高分辨率遥感影像自动匹配算法

提出一种基于同名直线约束的多源高分辨率遥感影像自动匹配方法。对影像建立高斯滤波模型去噪,然后进行边缘检测,在边缘影像上进行Hough变换,通过端点检测的方法来获取直线;通过粗匹配参数进行同名直线粗匹配,应用梯度模型对同名直线进行精匹配;对影像提取特征点,特征点经过同名直线约束后,在对应影像上利用同名直线约束建立匹配范围。采用最小欧式距离准则在给定范围内提取初始同名点;利用RANSAC算法剔除错误同名点对,以获取最终的匹配结果。实验结果表明,与传统的SIFT匹配算法比较,方法具有可靠性好、提取同名点数量多的优点。     

物方面元匹配在倾斜摄影三维重建中的应用

采用传统的最小二乘影像匹配方法匹配倾斜影像时,倾斜影像灰度和几何畸变较大,地物遮挡较多,导致匹配到的同名像点分布不均匀,匹配可靠性较低影响三维重建效果.提出采用物方面元匹配方法对倾斜影像做精化匹配.匹配方法的过程是:首先根据初匹配生成的物点信息,采用物方差分法计算物方面元的法向量方向角;然后根据极限约束估计同名像点坐标,进而前方交会求解物方面元高程初值;最后将物方面元法向量方向角和高程初值带入条件方程,做最小二乘匹配迭代计算,实现倾斜影像同名点匹配.在经过实验验证后发现:本文方法用于倾斜影像匹配时,可提高同名点匹配的可靠性和分布的均匀性.     

多源数据的嫦娥四号着陆点定位

嫦娥四号着陆点的精确定位对于工程任务安全高效实施至关重要。本文基于嫦娥二号正射影像、LROC NAC正射影像、嫦娥四号降落相机影像、嫦娥四号监视相机影像等多源数据,利用影像特征匹配定位和单像视觉测量定位技术,确定了嫦娥四号着陆点的精确位置为(177.588°E,45.457°S)。本研究结果对综合利用多源数据深入开展着陆区科学研究具有重要意义。     

嫦娥三号着陆器下降序列影像匹配方法研究

通过对嫦娥三号着陆器下降序列影像特点进行研究,联系国内外影像匹配算法的发展历史与优化趋势,针对所获取的嫦娥三号下降序列影像缩放旋转平移变换多样的特点,比较各种图像匹配的方法,选择一种尺度不变特征转换算法(Scale Invariant Feature form),简称SIFT算法。根据SIFT算法的主要过程,用MATLAB软件对算法代码进行实现,经过调试后对嫦娥三号下降序列影像进行匹配,设计实验从匹配的正确率、匹配的时间和匹配的精度3个层面对匹配方法的性能进行分析,试验结果表明此算法适用于嫦娥三号下降序列影像的匹配。该算法适用于下降序列影响的匹配中,得到的数据为航天探测的后续操作提供精准的数据基础。     

一种采用基础矩阵描述的核线影像生成方法

设计了一种采用基础矩阵的立体像对核线影像制作方法,由基础矩阵来描述影像间的相对方位关系,避免了相对定向过程中复杂的迭代过程。通过稀疏匹配获取高精度的同名点,由基础矩阵确定每组同名点对应的同名核线,根据核线必相交于核点的原理,采用最小二乘法确定左右影像的核点坐标;然后根据核点坐标完成影像间核线的快速映射,沿核线方向采用双线性内插法进行核线重采样,完成核线影像制作。采用多组影像进行核线影像制作实验,对生成的核线影像进行同名特征点提取与匹配,结果表明采用该方法制作的核线影像上下视差较小,验证了方法的有效性。     

结合仿射变换及梯度描述符的密集匹配方法

针对SIFT算法难以取得密集匹配结果,无法满足高精度建模需求,以及传统密集匹配算法对明暗变换影像较为敏感,无法取得稳定可靠的密集匹配点的问题,该文提出一种结合仿射变换及梯度描述符的密集匹配方法.该方法首先依靠SIFT算法获取稀疏匹配点,并利用RANSAC方法去除错误匹配点建立同名三角网,利用仿射变换对同名三角形各边中点进行加密,再对新加入的同名点进行相似性判定.与传统密集匹配算法中相似性判定依靠影像灰度层面不同,该文对影像的梯度层面信息进行统计并建立梯度描述符,通过阈值判定是否接受为同名点并不断更新同名三角网,以不再产生新的同名点为终止条件.实验选取6组不同类型影像,结果表明该方法不但可以得到稳定的密集匹配结果,而且较好地解决了传统密集匹配算法面对明暗变换影像匹配无力的问题,并对不同类型影像有着较好的适应性、鲁棒性.