基于近景影像边缘信息点云的精细三维重建

针对三维激光扫描技术在获取三维信息存在扫描漏洞及边缘信息不足等问题,本文以文物对象的精细三维重建为目的,在近景影像与激光点云精细三维重建中提出一种新的方法。首先利用尺度不变SIFT算法匹配,并设置多重约束逐级剔除误匹配点获得最优匹配点集,采用基础矩阵加严密解解算定向参数,然后采用改进的CANNY算子提取影像边缘信息,利用仿射变换的粗值点和核线几何搜索匹配得到边缘同名点,最后根据定向参数重建边缘点云并与扫描点云进行配准,生成对象的精细点云模型。实验结果表明,采用此方法可生成边缘信息丰富、精细度高的三维信息。     

立体视觉的摄影测量理论

从引入空间投影变换的概念入手,证明了体积之交比为一般的投影不变量,从而将其作为描述物体的度量。通过对基础矩阵进行合适的分解,导出了确定投影变换模型之齐次坐标和投影坐标的方法。提出了三维直接线性变换用于由物体的投影变换模型进行物体重建。实验分析证实了所述理论和方法的正确性。     

基于激光反射率的点云与图像自动融合

提出一个基于激光反射率的点云图像自动融合算法,数字图像与点云反射率图像特征点匹配,得到数字图像特征点像点坐标和相应物点物方空间坐标对,采用直接线性变换算法(DLT)建立点云数据反投影至二维图像点的投影模型,实现点云图像自动融合,得到目标表面的全面信息,包括物体表面三维坐标和纹理信息。自动地实现点云图像融合,无需人工参与,提高效率和准确率,同时结合实验验证该算法的可行性。     

基于RFM的广义立体像对构建方法研究

以基于多源遥感数据的三维重建为研究目标,针对覆盖同一区域的多源遥感数据,提出广义立体像对的概念,并以此概念为前提,研究了基于有理函数模型的广义立体像对空间前方交会数学模型。最后在模型算法研究的基础上,结合现有多源遥感数据,对广义立体像对的构建和地面目标三维重建的精度进行实验分析,验证广义立体像对的计算精度与可行性。     

一种具有仿射不变性的倾斜影像快速匹配方法

提出了一种较为快速且具有仿射不变性的倾斜影像匹配方法。通过估算影像的相机轴定向参数计算出初始仿射矩阵,通过逆仿射变换得到纠正影像,对纠正影像进行SIFT匹配。首先利用比值提纯法(NNDR)、归一化互相关(NCC)测度约束和左右一致性检验得到粗匹配点对,由粗匹配点对利用RANSAC方法计算出基本矩阵F和单应矩阵H。匹配时,匹配策略采用最邻近匹配,并利用极线约束、单应矩阵约束、NCC测度约束和主方向差值一致性约束剔除误匹配。通过对三组典型的倾斜影像数据进行试验,试验表明该方法匹配准确率高,匹配点对较为密集、均匀,且效率较高。     

Multi-view dense matching supported by triangular meshes

We present a new procedure to compute dense 3D point clouds from a sequential set of images. This procedure is considered as a second step of a three-step algorithm for 3D reconstruction from image sequences, whose first step consists of image orientation and the last step is shape reconstruction. We assume that the camera matrices as well as a sparse set of 3D points are available and we strive for obtaining a dense and reliable 3D point cloud. Three novel ideas are presented: (1) for sparse tracking and triangulation, the search space for correspondences is reduced to a line segment by means of known camera matrices and disparity ranges are provided by triangular meshes from the already available points; (2) triangular meshes from extended sets of points are used for dense matching, because these meshes help to reconstruct points in weakly textured areas and present a natural way to obtain subpixel accuracy; (3) two non-local optimization methods, namely, 1D dynamic programming along horizontal lines and semi-global optimization were employed for refinement of local results obtained from an arbitrary number of images. All methods were extensively tested on a benchmark data set and an infrared video sequence. Both visual and quantitative results demonstrate the effectiveness of our algorithm.     

基于SIFT的宽基线立体影像密集匹配

提出基于对极几何和单应映射双重约束及SIFT特征的宽基线立体影像多阶段准密集匹配算法。算法包括三个阶段：①基于特征点的空间分布和信息熵选取一定数量的最优SIFT特征点集并进行最小二乘初始稀疏匹配及立体像对的基本矩阵和单应矩阵估计;②对于其余特征,利用同名核线倾斜角及SIFT特征的尺度信息对匹配窗口的仿射变换参数进行迭代优化及变形改正、提取仿射不变SIFT特征描述符,并基于双重约束信息及欧氏距离测度进行匹配;③考虑宽基线立体影像较低的特征提取重复率,对第②步左右影像中未能成功匹配的特征点,基于双向搜索策略,采用基于盒滤波加速计算的SSD测度在变形改正后的双重约束区域中进行匹配,并对匹配结果进行加权最小二乘拟合定位。实际的宽基线立体影像试验结果证明了算法的有效性,可为后续的三维重建提供较为可靠的密集或准密集匹配点。     

基于坐标归一化和奇异值分解的直接线性变换解法

直接线性变换方法是数字摄影测量和计算机视觉领域最常用的解析处理方法之一,特别适用于未检校数码相机的三维测量,但直接线性参数间的相关性、物方控制的约束和设计矩阵元素数量级的较大差异,均可导致法矩阵严重病态,从而影响解的稳定性。本文借鉴改进的八点基本矩阵估计算法,采用基于坐标归一化和奇异值分解的解法,即首先将像点和物点坐标进行相似变换得到归一化坐标后组成法矩阵,其次利用矩阵奇异值分解方法代替常规的最小二乘方法,模拟和真实数据表明,此方法可以有效提高解算精度和稳定性。     

广义立体像对匹配方法研究

遥感影像匹配是遥感技术中的热点和难点问题,是三维重建、导航、模式识别、DEM自动提取等工作的基础.传统的匹配方法通常是针对同源数据的,文中研究基于广义立体像对的匹配方法,设计并实现了基于小波变换的特征匹配和灰度匹配相结合的匹配方法,并结合现有的遥感数据,人工选取40对同名控制点对匹配点的精度进行检验,实验结果表明该算法...     

基于SIFT匹配和RANSAC算法的超分辨率重建

图像超分辨率重建技术是根据序列图像间信息互补重建高分辨率图像的技术,其主要步骤在于精确运动估计算法和有效超分辨率重建算法。针对存在旋转、缩放变换的序列图像,本文提出一种基于SIFT匹配和随机采样一致性算法（RANSAC）的运动估计算法,该方法首先使用SIFT算法对图像序列的特征点进行提取并匹配,然后使用RANSAC算法消除误匹配点并获取投影变换矩阵,从而获得图像序列间的亚像素级的运动信息;采用一组低分辨率序列图像进行试验,基于上述运动估计算法,采用迭代反投影进行超分辨率重建。试验结果表明,运动估计精度较高,重建影像具有较好的视觉效果,尤其适用于影像序列间存在旋转缩放运动的图像序列的超分辨率重建。     

DEM辅助下的倾斜航摄影像匹配方法

在倾斜航空摄影测量中,倾斜影像间由于视角差异较大,具有较大几何变形,而具备仿射尺度不变性的ASIFT算法存在效率较低的问题,提出一种DEM辅助下的倾斜航摄影像匹配方法。该方法通过利用影像的粗略外方位元素和测区的DEM数据,首先对倾斜影像进行仿射变换来减弱几何变形;然后通过SIFT特征匹配算法来获取同名点对,并使用RANSAC剔除误匹配;最后将同名点对根据单应矩阵反算回原影像,以基础矩阵估计法剔除误匹配,获得最终匹配点对。通过对多组数据进行实验,结果表明,该算法的计算效率较高,获得的匹配点对在数量和分布情况上也更为理想。     

利用A-AKAZE算法进行喀斯特地区无人机影像匹配

喀斯特地区地形复杂,无人机影像匹配难度大、耗时多。针对如何提高该区域无人机影像的匹配效率,本文提出了一种基于AKAZE的改进算法。该算法首先利用完全仿射不变框架对原始影像进行视角模拟;然后利用AKAZE算法对模拟影像进行特征点提取和描述,并获得原始影像的特征点和描述符;最后利用基于单应性矩阵的RANSAC算法对原始影像进行精匹配,进而剔除粗匹配过程中错误匹配点对。本文对该改进算法开展了试验研究,并与ASIFT和AKAZE等常用算法进行了试验对比分析。试验结果表明,对喀斯特地区无人机影像匹配而言,与ASIFT算法相比,在保持相当匹配正确率的情况下,基于A-AKAZE算法的匹配总耗时是ASIFT算法耗时的50%左右,可以较大幅度地减少匹配总耗时;与AKAZE算法相比,基于A-AKAZE算法的影像总匹配对数及正确匹配对数至少是ASIFT算法的影像总匹配对数及正确匹配对数的7倍。综合考虑匹配耗时和正确匹配对数,本文算法优于AKAZE和ASIFT等常用算法,更适合于喀斯特地区的无人机影像匹配。     

2维DLT变换用于建筑物变形监测的试验研究

直接线性变换(D irect LinearTransformation)解法是建立观测点像方空间坐标和同名点物方空间坐标之间直接线性关系的算法。本次试验通过使用普通数码相机,并应用2维直接线性变换进行了建筑物变形监测的试验研究,试验结果表明,使用普通数码相机代替常规测量方法能够满足变形监测三等精度要求。     

基于单应矩阵约束的黑白棋盘格角点提取

针对Harris算子提取棋盘格角点存在的问题,提出基于单应矩阵的黑白棋盘格角点提取方法.方法首先通过人机交互确定角点提取范围以及计算单应矩阵;然后根据单应矩阵将物方平面上其他点映射到影像上以确定初始的角点位置;最后以初始点位为基准,根据最小距离法确定最终Harris算子角点提取结果.实验结果表明,文中提出算法能有效提取黑白棋盘格角点.     

多波束与侧扫声呐图像的迭代自适应配准方法EI北大核心CSCD

针对目前多波束与侧扫声呐图像配准方法未顾及图像形变细节信息及二者尺度差异,存在局部纹理失真的问题,本文提出了结合小波变换、仿射变换和Demons配准算法的迭代自适应配准方法。利用小波变换提取侧扫声呐图像低频信息并重构图像,先后采用仿射变换和Demons算法将重构图像与多波束图像进行迭代自适应配准,获取配准变换模型,利用该模型对侧扫声呐原图像进行整体配准变换,获得多波束图像地理坐标约束的侧扫声呐图像。实例验证结果表明:该方法能有效实现多波束与侧扫声呐图像配准,获得位置准确且纹理丰富的融合声呐图像。     

城市环境下基于C/S架构的影像空间定位

针对城市环境下影像空间定位精度低等问题,提出了一种在C/S架构下基于影像的移动平台空间自定位方法。首先对预采集的城市建筑物序列影像,利用最近邻距离比率(nearest neighbor distance ratio,NNDR)算法和归一化互相关匹配(normalized cross correlation,NCC)算法得到SIFT粗匹配,通过随机抽样一致(random sample consensus,RANSAC)算法对粗匹配点进行优化,通过精确解算基本矩阵 F 和投影矩阵 P ,建立建筑物三维点云模型,进而获得由影像特征点、像点坐标以及物方点坐标组成的物方特征库。其次以用户通过手机拍摄的影像作为定位影像,进行特征提取并与物方特征库影像匹配,获取对应物方点坐标。最后通过精确计算定位影像外方位元素,并在手机客户端中显示所拍照瞬间手机的空间位置,实现移动平台空间自定位。实验结果表明,该方法能够达到厘米级定位精度,可作为其他空间定位方法的有效补充。     

面向海洋应用的无人机遥感图像配准研究

在海洋应用中,大面积水体的同名点匹配相比陆地更加困难,制约了无人机遥感图像的配准精度和收敛速度。本文提出了一种改进算法适用于海洋无人机遥感应用,采用主成分分析（PCA）和水体阈值方法去除水体,获得图像中非水体区域的分块图像,然后利用仿射-尺度不变特征变换算法（ASIFT）进行图像的特征点提取和重叠图像非水体区域的同名点匹配。通过海岛、海岸线的无人机遥感试验结果表明,基于改进算法,在不增加时间开销的情况下,可以增加30%~50%的同名点数量,精度提高约5%~10%。文中方法适应用于海洋无人机遥感的序列图像配准,为海岛、海岸线的遥感监测提供了有效的技术支持。     

一种仿射不变量支持的准稠密控制点匹配算法

待配准的两景影像之间存在非均匀形变时,需要采用非刚性模型进行校正,而密集的、均匀分布的控制点是构建非刚性模型的基础,对此提出一种仿射不变量支持的准稠密控制点匹配算法。首先从两景影像提取特征点并进行稀疏匹配,根据稀疏匹配点消除两景影像间的整体偏移;然后以稀疏匹配点作为三角形的顶点,迭代构建特征点间的近邻三角形,并以面积之比作为仿射不变量,据此判断三角形顶点之间是否满足匹配关系,实现匹配点传播,从而获得准稠密的匹配点集;最后采用HJ-Landsat数据与南极地区Landsat 7 ETM+数据进行实验,结果表明,本文方法能够提取均匀分布的准稠密控制点,在提取率等指标方面优于对比方法。     

基于Harris与RANSAC算法的无人机影像拼接方法研究

针对Harris算法在进行无人机影像拼接时的特征点误匹配问题,利用RANSAC算法对误匹配的特征点进行剔除,进而实现无人机影像的无缝拼接。首先,基于Harris算法提取兴趣点,利用最短欧式距离进行特征匹配;然后,利用RANSAC算法实现对特征点的精确匹配;最后,利用RANSAC算法得到的单应性矩阵完成无人机影像拼接。实验结果表明:本文方法能够较好地剔除无人机影像拼接时误匹配的特征点,实现对无人机影像的拼接,拼接效果良好。     

Tracking of facial deformations in multi-image sequences with elimination of rigid motion of the head

The paper deals with measurement of human facial deformations from synchronized image sequences taken with multiple calibrated cameras from different viewpoints. SIFT (Scale Invariant Feature Transform) keypoints are utilized as image feature points in the first place to determine spatial and temporal correspondences between images. If no temporal match is found for an image point by keypoint matching, then the tracking of the point is switched to least squares matching provided the point has one or more spatial corresponding points in the other views of the previous frame. For this purpose, a new method based on affine multi-image least squares matching is proposed where multiple spatial and temporal template images are simultaneously matched against each search image and part of the spatial template images also change during adjustment. A new method based on analyzing temporal changes in the image coordinates of the tracked points in multiple views is then presented for detecting the 3-D points which move only rigidly between consecutive frames. These points are used to eliminate the effect of rigid motion of the head and to obtain the changes in the 3-D points and in the corresponding image points due to pure deformation of the face. The methods are thoroughly tested with three multi-image sequences of four cameras including also quite large changes of facial deformations. The test results prove that the proposed affine multi-image least squares matching yields better results than another method using only fixed templates of the previous frame. The elimination of the effect of rigid motion works well and the points where the face is deforming can be correctly detected and the true deformation estimated. A method based on a novel adaptive threshold is also proposed for automated extraction and tracking of circular targets on a moving calibration object.