Change detection from aerial images acquired in different durations

Because of quick development of cities, the update of urban GIS data is very important. Change detection is the base of automatic or semi-automatic data update. One way of change detections in urban area is based on old and new aerial images acquired in different durations. The corresponding theory and experiments are introduced and analyzed in this paper. The main procedure includes four stages. The new and old images have to be registered firstly. Then image matching, based on the maximum correlation coefficient, is performed between registered images after the low contrast areas have been removed. The regions with low matching quality are extracted as candidate changed areas. Thirdly, the Gaussian-Laplacian operator is used to detect edges in candidate changed areas on both the registered images, and the straight lines are detected by Hough transformation. Finally, the changed houses and roads can be detected on the basis of straight line matching in candidate changed areas between registered images. Some experimental results show that the method introduced in this paper is effective.     

Change detection based on DSM and image features in urban areas

On the basis of atereo image analysis,the change detection of man-made objects in urban areas is in-troduced. Information of the height of man-made objects can be applied to reinforce their change detection. By comparison between the new and old DSMs, the changed regions are extracted. However, our aim is to detect changes of man-made objects in urban area and further in the potental areas by the means of line-feature matching and gradient direction histogram. The experiments based on the aerial images from Japan have proven that the algorithm is correct and efficient.     

基于几何约束与局部描述的航空影像直线匹配

针对航空影像场景复杂,干扰直线匹配的不确定因素较多的问题,本文提出了基于几何编组与局部均值标准差直线描述符(MSLD)的直线匹配算法。首先,利用直线检测器(LSD)获得影像的直线特征信息,将直线与直线间的几何特征作为约束条件进行编组,获得两幅航空影像的直线对;其次,运用核线约束确定候选直线对,并依次构建参考与候选直线对的支持区域,利用仿射不变性统一支持区域的大小,借助MSLD进行直线对外观的局部描述;然后,结合欧氏距离与最邻近比值计算航空影像中直线描述符间的相似性,进而确定匹配结果;最后,结合共线约束完成对匹配结果的检核,获取精确的同名直线。试验选择不同场景类型变换下的航空影像数据,结果证明了本文算法可以较好地应对航空影像直线匹配效果不佳的现象。     

POS数据辅助的航空影像变化检测方法研究

提出了一种利用机裁定位定向系统（POS）数据辅助航空影像进行影像匹配和变化检测的方法。首先利用带POS数据的老影像解求新影像的外方位元素，然后在老立体影像上提取特征点，根据前方交会和共线条件方程得到新影像上同名点的近似位置，再与新影像进行匹配，寻找匹配不好的点作为变化区域的初始位置。以此为基础选择精检测窗口，进行边缘提取和跟踪，并进行链码匹配，最终确定发生变化的区域。试验证实，本文方法是可行的。     

面向城区宽基线立体像对视角变化的结构自适应特征点匹配

提出一种基于结构自适应特征的城区宽基线影像特征点匹配方法。首先,对影像提取点特征和直线特征,挖掘点特征与其邻域内直线特征之间的几何关系,构建结构自适应的特征区域和特征描述符,并通过双向匹配策略获得初始匹配结果。然后,基于初匹配结果估计影像基础矩阵,构建核线约束的结构自适应特征匹配算法进行二次匹配。最后,将已匹配特征作为控制基础设计匹配扩展算法,进一步增加匹配点数量。本文方法以特征点邻域几何结构为出发点,构建自适应的特征区域,能够在显著的影像视角变化下,为同名特征点提取影像内容一致的特征区域,进而获得相似的特征描述符。试验结果证明,与传统算法相比,本文方法在城区宽基线影像上能够同时获得更多的正确匹配特征和更高的匹配正确率。     

无人机倾斜摄影铁路轨道线高精度自动重建

针对既有铁路测绘上线难、作业效率低及测量精度不足的问题,本文提出了一种基于无人机多视图几何原理的铁路轨道线高精度重建方法。首先从无人机影像上提取线特征;然后采用像方测度获得候选匹配线,基于物方距离测度进行Powell优化,获得精确的钢轨线匹配结果;最后,将影像钢轨线匹配结果作为观测值,以钢轨线反投影距离作为测度,最小二乘优化物方钢轨直线段坐标。试验结果表明,本文方法实现了影像轨道线自动匹配与高精度平差解算,像方反投影残差优于0.5像素,轨距和高程的内符合精度分别为0.006和0.005 m。解算成果的平面高程绝对定位精度可达到2 cm左右,平差模型收敛性良好,可以满足工程应用的需要。     

基于小面元相对配准的正射影像快速更新

本文提出一种基于小面元相对配准的正射影像快速更新方法，该方法不涉及常规摄影测量的处理方法，而是直接利用新获取的卫星遥感影像和原始正射影像进行高精度小面元相对配准，然后将卫星遥感影像纠正到原始正射影像参考坐标系，进而实现正射影像的快速更新。     

Complex correspondences in straight line stereo matching

Partial occlusion and fragmented lines will result in the various cases of straight line correspondences, such as one-to-one, one-to-many or many-to-many ones. However, the complex correspondences, such as one-to-many and many-to-many ones, are usually ignored or cannot be established completely in the existing methods. Here, the essence of the complex correspondences will be analyzed. Based on the two characteristics of a straight line, which are introduced by regarding a straight line as a set of collinear points, the compatibility between the complex correspondences and the uniqueness constraint of point correspondence is proved and a new uniqueness constraint of correspondence for matching lines is proposed. Based on the analysis of the complex correspondences, a new concept of line feature group is defined to describe a set of integral correspondences among straight line features from different images and then a new algorithm for establishing all the correspondences completely is described simply. The experimental results with real stereo images illustrate that the complex correspondences among straight lines are actual cases and can be established effectively.     

利用概率松弛法的城市路网自动匹配

多源空间数据匹配是空间数据集成与互操作,变化检测与数据更新的重要前提。路网数据匹配在导航、智能交通和基于位置服务等领域具有重要的研究意义和实用价值。本文提出一种基于概率松弛方法的城市路网自动匹配方法,该方法首先通过路段间几何差异性估算候选路段的初始概率,然后根据邻接候选匹配路段的兼容性不断更新原概率矩阵直到收敛于某一极小值。最后基于收敛的概率矩阵计算各候选路段的结构相似性,并通过设定相应的规则选取和提炼1: 1, 1: M和M: N匹配对。实验选取中国武汉,瑞士苏黎世地区的OpenStreetMap数据与导航数据进行匹配算法的验证。结果表明：本文算法对非刚性偏差较大的路网数据能达到较高精度,不存在匹配方向性问题,且能够识别1: 0, 1: M和M: N匹配。     

矢量数据变化对象的快速定位与最优组合匹配方法

要素变化信息对地物生命周期的记录、时空数据库的构建、GIS数据库的更新有重要意义.针对大数据量的变化信息发现,本文采用基于格网划分的方法,通过对空间特征与属性特征汇总信息的对比,只对发生变化的格网进行检测,缩小了检测范围与空间查询区域.为解决要素变化前后的匹配问题,提出一种最优组合匹配法,通过对组合对象空间特征及语义特征的综合比较,从候选要素中选取最佳匹配对象.试验证明,该方法能够高效准确地实现大数据量的矢量数据变化信息的探测,并能很好地解决非一对一的要素匹配问题.     

双目序列影像三维运动参数确定

结合立体视觉的特点．介绍了一套双目视觉系统与完整的、由双目序列影像确定场景中目标运动信息的方法。其主要步骤包括相机检校、运动与立体影像的匹配、运动前后三维特征点的对应以及运动参数的求解。并给出了从真实双目序列影像中获取物体匀速直线运动和匀加速直线运动参数的实验结果。     

基于线特征的鱼眼图像与地面激光雷达点云配准

地面激光扫描数据（LiDAR）与全景图像进行联合分析在虚拟场景建设、文化遗迹保护等方面有较高的应用价值。将全景图像在其视点与LiDAR点云对齐是开展两种数据联合分析的基础,但需要克服数据维度差异转换和特征匹配的困难。本文提出了基于线特征的半自动配准方法纠正图像,将鱼眼图像和LiDAR点云投影为透视成像的柱面全景图像,采用Hough变换提取图像直线特征,并利用修正迭代Hough变换方法,实现在鱼眼全景图像视点约束下与离散激光点云的三维对齐。试验表明,该方法能在较少的人工干预下实现二维到三维数据对齐。     

基于物方影像匹配的DEM聚类变化检测

提出了DEM的变化检测问题,采用了基于密度的聚类分析方法对匹配所得的初始变化区域进行分析,实现了地表高程变化区域的检测.     

基于相似度计算的室内兴趣点匹配方法

为了解决室内兴趣点数据更新的准确匹配问题,本文提出了基于定位点坐标、名称和地址进行相似度计算的综合匹配方法,并介绍了该方法的实施步骤与流程,通过试验评价了不同相似度计算方法的匹配效果。结果表明,该方法具有可用性,得到的参考阈值可为室内分布密集、种类繁多的兴趣点的快速更新提供技术支持。     

3D Motion parameters determination based on binocular sequence images

Exactly capturing three dimensional (3D) motion information of an object is an essential and important task in computer vision, and is also one of the most difficult problems. In this paper, a binocular vision system and a method for determining 3D motion parameters of an object from binocular sequence images are introduced. The main steps include camera calibration, the matching of motion and stereo images, 3D feature point correspondences and resolving the motion parameters. Finally, the experimental results of acquiring the motion parameters of the objects with uniform velocity and acceleration in the straight line based on the real binocular sequence images by the mentioned method are presented.     

利用多探测任务数据建立新一代月球全球控制网的方案与关键技术

目前广泛应用的月球统一控制网2005（Unified Lunar Control Network 2005,ULCN2005）是由1994年的克莱门汀（Clementine）影像和之前的遥感数据联合平差构建的。提出利用21世纪获取的分辨率更高、精度更好的多探测任务数据,建立新一代月球控制网的方案与关键技术。该方案基于全球覆盖的月球遥感影像与激光高度计数据的联合平差,同时利用在月球轨道侦察器窄角相机影像上能高精度定位的绝对定位精度在厘米级的5个激光棱角反射标志点作为绝对控制。此外,还通过新的无线电测量方法对嫦娥三号着陆器进行高精度定位,将其定位结果也作为一个新的绝对控制数据。新一代控制网构建的重点有高精度的轨道器严密及通用成像几何模型的构建、多任务多模态数据间的多尺度特征提取与匹配、最优化多重覆盖影像的选择、全月球整体平差等。基于新的数据和技术,新一代月球控制网的精度和点的密度有望远超ULCN2005。     

面向区域与要素的城市1∶2000地形图数据库增量更新方法

大比例尺地形图数据库的更新是一项长期的重要任务。本文分析了1∶2000地形图数据库快速更新的难点,提出了一种航空摄影与卫星遥感、区域更新与要素更新相结合的大比例尺地形图数据库半自动快速更新方法。采用变化检测方法从更新前后卫星遥感影像中提取变化区域和变化要素,然后分别采用面向区域和面向要素的方法从高分辨率航空影像上测量变化地物,最后通过半自动空间实体匹配的方法建立现状库与历史库中要素的回溯关联,从而实现地形图数据库的半自动增量式快速更新。利用该方法对中山市东区的1∶2000地形图进行了更新试验。试验结果表明,引入卫星影像进行自动变化检测后,在航空影像上分区域和要素两种模式采集更新城市大比例尺地形图数据库,效率比传统方法提高25%。     

空-谱角匹配与多指数法相结合的OLI遥感影像水体提取

针对复杂环境条件下水体遥感提取结果不连续且易与植被、建筑物、阴影相混淆的难题,基于Landsat 8 OLI影像,以石家庄市平山县岗南水库和宿迁市骆马湖附近河流为研究区,提出了一种空-谱角匹配与多指数法相结合的水体信息提取方法;并与单波段阈值法、归一化差分水体指数法（NDWI）、光谱角匹配法（SAM）、自动水体提取指数法（AWEI）和一类支持向量机法（OC-SVM）的水体提取结果进行对比分析和精度评定。试验结果表明,本文提出的方法兼顾了多特征之间的互补性优势,引入的空间信息有效地抑制了噪声的干扰,且以像素为基元的提取策略较好地保持了水体的边缘信息,避免了出现平滑掉细节信息的情况;与传统方法相比,本文方法受植被、建筑和阴影的干扰最小,对细小水体也具备较好的识别能力。     

面向道路网VGI数据的匹配与融合方法

自发地理信息(VGI)是一种新兴的地理数据采集方式,具有数据更新快、细节丰富、覆盖范围广等优势。利用VGI数据可以对道路网实现快速更新;但是由于VGI数据是非专业自发共享的,且数据采集时多使用非专业设备,所以存在数据质量不高的问题。大量VGI数据对同一地理要素的重复采集与融合处理则可改善数据的质量,文中以多人采集的道路网数据为例,结合矢量要素的匹配与融合理论,设计一种适用于道路网VGI数据的匹配与融合算法。首先在路段结点处建立缓冲区进行结点匹配,再根据路段距离相似度进行路段匹配,最后再利用Delaunay三角剖分融合算法对匹配后的同名路段进行融合。将匹配融合后的道路网与原始道路网VGI数据及Google影像图叠加对比分析,结果表明利用本文算法可有效地实现道路网VGI数据的匹配与融合。     

影像增量动态更新与融合技术研究

在分析目前已有的一些影像数据更新方法的基础上,提出了一种影像增量动态更新与融合的新方法,该方法首先利用图幅格网索引图和新影像数据定位更新变化图幅和范围,然后对不同时期的影像数据进行镶嵌式的增量更新。针对不同时相影像数据间的色彩差异进行色彩均衡处理,而对于不同时相影像数据镶嵌边缘存在像元突变效应进行了基于卷积和反距离加权的图像平滑融合处理。本文对上述方法进行了实验论证和分析,结果表明,该方法具有计算效率高,镶嵌效果好,并对局部地区的影像更新有较好的实用性,解决了因资金、技术有限且局部地区变化速率快等的影像数据动态更新问题。