改进SFS的月面撞击坑三维恢复算法研究

为了实现探月二期中单幅影像条件下的月面撞击坑三维地形恢复,文章基于Lommel-Seeliger反射模型,提出了正则化约束的明暗恢复形状(SFS)三维恢复算法,以特征边缘线点的梯度比例作为起算,演化得到撞击坑内部所有点的梯度比例,实现了反射方程的正则化.采用实际月面撞击坑影像和模拟影像验证分析,结果证明本文提出的算法优于Tsai算法,能够有效地实现月面撞击坑地形的三维恢复.     

《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     

单张影像月球着陆区选取技术

提出了一种基于单张影像的月球着陆区快速选取方法.首先在分析月面光照成像模型基础上,提出了一种新的改进的光照模型和一个新的约束条件,采用明暗恢复形状(SFS)算法得到月面3维形貌;然后综合影像和得到的3维形貌,计算月面地形粗糙度,采用两步筛选的方法,选取着陆区域.实验结果表明,该方法较好地实现了着陆区的选取.     

侧扫声呐图像SFS微地形反演数值算法选择

侧扫声呐成图环境复杂,噪声突出,图像明暗强度与海床底质和地形相关,采用SFS方法开展2D侧扫声呐图像的3D微地形恢复工作,需解决海床声波反射模型和SFS数值算法优选两个问题。结合侧扫声呐成图机理和声能方程,构建了漫反射回波提取模型;在此基础上,采用相关性、信噪比、信息熵等参数构建了SFS数值算法反演性能的评价体系;最后采用实测声呐图像开展了4种典型SFS数值算法的微地形反演试验。试验结果表明,相较于其他数值算法,ZhengChellappa最小化算法不仅能有效地挖掘二维图像中的三维信息,而且具备较好的抗噪能力,更适合于侧扫声呐图像的三维微地形反演。     

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。     

嫦娥一号DEM数据月表撞击坑自动检测

基于嫦娥一号数字高程模型(DEM)数据,利用地形信息参数来描述月表撞击坑的边缘轮廓特征,采用Hough变换检测方法提取了月表撞击坑。将该方法应用于克拉维乌斯(Klavius)撞击坑的周围区域,在DEM数据500 m空间分辨率下,不考虑退化严重的撞击坑时,检测百分比D=90%,分支系数B=0.30,质量百分比Q=71%,在考虑退化严重的撞击坑时,D=71%,B=0.30,Q=58%;研究表明该算法对没有退化或轻微退化的撞击坑有很好检测效果。与基于影像数据月表撞击坑自动检测的研究进行比较,本文给出的算法具有更高的检测精度,同时虚假检测较少。证明该方法用于月表撞击坑的自动检测是可行的。     

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。     

球形全景影像位姿估计的改进EPnP算法

球形全景成像可以克服透视成像视场角的局限,实现场景全覆盖的三维重建和量测。本文在普通影像位姿估计的EPnP(efficient perspective-n-point)算法上进行了改进和扩展,提出了一种稳健快速的球形全景影像位姿估计算法。首先,构建球形全景影像的投影模型,将EPnP算法的平面透视成像模型扩展到球面成像模型;然后,采用基于全景球心、像点、控制点共线条件方程的改进EPnP算法求解控制点的球形全景像空间坐标;最后,利用Horn绝对定位算法直接解算全景影像位姿。与球形全景影像位姿估计的后方交会算法的对比试验结果表明,本文提出的方法无须迭代求解,更为稳健快速,即使控制点数目较少也能达到高精度,基于非严格共中心拼接的全景相机,重投影误差可控制在3.00像素左右。     

嫦娥一号三线阵CCD数据摄影测量处理及全月球数字地形图

CCD立体相机是搭载在嫦娥一号探测器上的主要载荷之一,用于获取空间分辨率为120m的前视、正视与后视3个不同视角的月表三线阵遥感影像数据。嫦娥一号共获取1000多轨图像数据,本文筛选其中的628轨影像制作了全月地形数据。采用SIFT特征匹配和最小二乘匹配结合的方法有效解决了月面纹理匮乏、低反照率、低对比度月球影像匹配的技术难题,匹配精度约0.3个像素;采用独立模型区域网平差法解决了CE-1三线阵影像的测区平差、全月球平差、无控制点月面定位等一系列关键技术问题。在此基础上,制作了全月球数字地形图,平面位置精度和高程精度分别为192m(1σ)和120m(1σ)。地形图地形细节表达层次分明、清晰可辨,能清晰分辨出撞击坑底部、撞击坑或山脉侧壁、月海平面等月面地形特征的详细细节。通过比较,全月球数字地形图数据在数据覆盖和完整性、平面位置精度、高程精度、空间分辨率等方面均明显好于国际现有全月球数字地形数据。     

近景影像的直线分层匹配北大核心CSCD

针对近景影像直线匹配过程中局部几何约束存在漏选和部分灰度描述符在某些场景变换下匹配无力等问题,本文提出了一种近景影像的直线分层匹配方案。该方案利用可靠同名点获取核线方程与透视变换矩阵,并进行目标直线候选直线的二次筛选。在进行检核方式的选取上,若存在相机投影矩阵则计算对应的重投影误差,否则计算优化后的MSLD描述符向量间的余弦相似度。设定合理阈值作为是否接受为同名直线的最终门限。使用网络公开数据集进行算法的分析验证,并与其他直线匹配算法进行对比。试验结果证明了本文方案的可行性与准确性,并对多种变换影像有着良好的适应性。