基于GPGPU的并行影像匹配算法

提出一种基于GPGPU的CUDA架构快速影像匹配并行算法,它能够在SIMT模式下完成高性能并行计算。并行算法根据GPU的并行结构和硬件特点,采用执行配置技术、高速存储技术和全局存储技术三种加速技术,优化数据存储结构,提高数据访问效率。实验结果表明,并行算法充分利用GPU的并行处理能力,在处理1280×1024分辨率的8位灰度图像时可达到最高多处理器warp占有率,速度是基于CPU实现的7倍。CUDA在高运算强度数据处理中呈现出的实时处理能力和计算能力,为进一步加速影像匹配性能和GPU通用计算提供了新的方法和思路。     

基于多GPU的Harris角点检测并行算法

提出了一种基于多图形处理器(graphic processing unit,GPU)设计思想的Harris角点检测并行算法,使用众多线程将计算中耗时的影像高斯卷积平滑滤波部分改造成单指令多线程(single instruction multi-ple thread,SIMT)模式,并采用GPU中共享存储器、常数存储器和锁页内存机制在统一计算设备架构(com-pute unified device archetecture,CUDA)上完成影像角点检测的全过程。实验结果表明,基于多GPU的Har-ris角点检测并行算法比CPU上的串行算法可获得最高达60倍的加速比,其执行效率明显提高,对于大规模数据处理呈现出良好的实时处理能力。     

基于可编程GPU的遥感影像快速处理研究

自然灾害发生后,由于救灾的紧迫性,应急测绘保障要求我们第一时间提供处理后的灾区影像,但是现阶段我们仅能做到原始影像的快速获取,无法有效地快速处理遥感影像。本文研究了图形处理器(GPU)的并行可编程性和CUDA编程模型特征,通过对遥感影像正射纠正,快速傅里叶变换(FFT)和高斯差分算法的CUDA编程设计,在GPU上实现这三种算法的快速并行处理,并与CPU结果对比,证明GPU能够在数据精度和CPU保持一致的基础上大幅缩短遥感影像处理时间,加速比可以达到一个数量级。     

遥感影像正射纠正的GPU-CPU协同处理研究

提出了一种基于CUDA的遥感影像正射纠正GPU-CPU协同处理方法,以实现重采样操作的GPU细粒度并行化。根据GPU的并行结构和硬件特点,采用执行配置优化技术提高warp占有率,利用共享存储器优化减少对效率低下的全局存储器中坐标变换系数的重复访问,通过纹理存储器代替全局存储器优化对原始影像数据的访问。实验结果表明,并行算法能够充分发挥GPU的并行处理能力,利用GeForce 9500 GT显卡,对大小为6 000像素×6 000像素的全色影像进行多项式纠正对比实验,最邻近灰度内插重采样和双线性灰度内插重采样的最终加速比分别能够达到8倍和10倍以上。     

基于CUDA的核线影像并行生成技术

在现场直播式地理空间信息服务体系要求的背景下,提出一种快速的核线影像并行生成技术,该技术采用基于CUDA的GPU—CPU协同处理方法,并充分考虑到GPU的并行结构和硬件特点。基于NVIDIA Quadro Fx580显卡对1500像素×2300像素大小的灰度图像进行试验,试验结果表明,相对于串行方法本文方法获得了优于10倍的加速比。     

基于Harris角点和SIFT特征的近景影像匹配

针对近景影像匹配过程中误匹配率较大的情况,本文提出了一种基于Harris和SIFT特征的近景影像匹配方法。该方法首先提取Harris角点和SIFT特征,运用灰度相关系数和BBF-KD树方法将Harris角点和SIFT特征完成双向一致性匹配;然后,利用基于RANSAC方法和P-H算法的相对定向得到内点集A与B,将内点集A、B合并生成Delaunay同名三角网;最后,在同名三角形约束下通过缩小Harris特征点阈值T得到新内点集,实时插入同名三角网中,直到生成足够数量的内点。实验所得内点数分别与合并加密匹配前以及其他方法相比都有显著增多,结果表明对于视角、尺度、旋转、光照及噪音等条件发生变化的不同影像,本文提出的近景影像匹配方法能提高匹配率及匹配可靠性。     

SA R影像和光学影像梯度方向加权的快速匹配方法

针对SAR影像与光学影像之间存在显著的非线性灰度差异导致影像匹配困难的问题,本文提出了一种基于影像结构特性的快速匹配方法(SAR-to-optical fast matching algorithm,SOFM).传统基于影像灰度的匹配方法一般难以抵抗影像间的非线性灰度差异,而影像中的几何结构和形状特征在不同类型的影像之间较为稳定,因此本文综合利用影像的梯度幅值和梯度方向信息构建出一种能够有效表达影像结构的特征描述符—角度加权方向梯度(angular weighted orientated gradients,AWOG),随后基于模板匹配的策略,选择描述符之间的差值的平方和(sum of squared difference,SSD)建立用于匹配的相似性测度,并给出了在频率域中表达的影像匹配函数.基于SOFM方法建立了一套完整的影像匹配流程,随后选择多组影像进行匹配试验,结果表明,本文方法能够有效抵抗SAR影像与光学影像之间的非线性灰度差异,并且在匹配性能和匹配精度等方面都优于经典的基于影像灰度的匹配方法以及其他基于影像结构特性的匹配方法.     

基于CUDA的高效并行遥感影像处理

近年来,随着空间遥感技术的发展,使得遥感影像数据呈几何级数增长,遥感影像的处理面临数据量大、密集度高、计算复杂度高和运算量大等问题。在分析最新GPU（图形处理单元）的并行架构和统一计算设备架构（CUDA）灵活的可编程性的基础上,提出了一种基于CUDA的遥感影像的高效处理方法,以遥感影像处理中常用的快速傅里叶变换、边缘检...     

半全局匹配算法的多基线扩展及GPU并行处理方法

文章分析了半全局匹配算法基本原理,将其扩展应用于遥感影像的多基线匹配,在进一步提高匹配可靠性的同时,保留了算法的规则结构;并研究其图形图像处理器(GPU)细粒度并行处理技术,重点探讨匹配代价立方体生成与聚合过程的核函数优化策略与线程组织方案,最后利用Tesla C2050 GPU并行加速卡对3幅UCD航空影像进行MVLL多基线匹配半全局优化GPU并行处理实验证明了该算法的有效性和高效性.     

图像特征点提取及匹配技术研究

图像特征点提取和图像匹配技术是图像处理领域中的重要技术,同时是多种图像处理及应用的基础。本文主要研究利用Forstner算子、Moravec算子、Harris算子、SIFT算子对近景影像和航空影像进行特征点提取;接着,采用基于SIFT的匹配来确定匹配同名像点,利用核线约束匹配的搜索范围,约束范围内的特征点;接着,采用灰度相似性约束和双向一致性约束对匹配结果进行检核;最后,得出特征提取和特征匹配的结果。基于本文研究的特征点影像提取及匹配方法,分别选取一组近景影像和数码航空影像进行实验,实验结果证明了本文方法的可靠性和高效性。     

基于匹配支持度的一种稳健性影像匹配

提出了一种新的计算匹配支持度数学模型,该模型使影像匹配的稳健性得到增强。首先,利用Harris算子在影像上提取特征点,根据相关系数建立特征点的候选匹配对应关系;然后,根据影像的长度变形、方向变形、灰度变形及双向一致性条件,计算匹配支持度;最后,根据双向一致性较强条件的松弛迭代法,消除候选匹配的模糊性。实践结果表明,该算法能建立一一对应且稳健性较强的匹配结果。     

遥感影像CVA变化检测的CUDA并行算法设计

随着遥感影像数据量以及复杂程度的日益增加,遥感图像的快速处理成为实际应用过程中亟需解决的问题。为了实现遥感影像的实时变化检测,针对基于变化矢量分析CVA的变化检测算法,设计了一种基于统一计算设备构架CUDA的并行处理模型。首先利用地理空间数据提取库GDAL实现大数据量遥感影像的分块读取、操作和保存;其次将基于变化矢量分析的变化检测过程分为变化强度检测、映射表构建和变化方向检测,并借助CUDA C将变化矢量分析算法的3个步骤嵌入到CPU和GPU组成的异构平台上进行实验;最后利用该模型对不同数据量的遥感影像进行CVA变化检测并作对比分析。实验结果表明:与CPU串行相比,基于GPU/CUDA的遥感影像CVA的变化检测速度提高了10倍左右;在一定程度上,达到了实时变化检测的效果。     

基于POS的无人机倾斜影像匹配方法

在充分考虑无人机倾斜影像特点的前提下,提出了一套基于POS的无人机倾斜影像匹配策略。在现有匹配方法的基础上,以全球SRTM(shuttle Radar topography mission)数据为辅助,实现了影像重叠区域预测,建立了影像间近似核线关系,剔除了匹配中的粗差点。为了解决SIFT(scale invariant feature transform)特征匹配算法计算量大,耗时长的问题,采用基于GPU(graphic processing unit)的SIFT方法,提高了SIFT的匹配效率。另外,考虑到无人机原始POS数据精度不高,因此在匹配策略中加入了逐步精化POS数据的思想。通过对多幅倾斜影像的匹配试验表明:该方法能够提供足够数量、分布均匀且点位正确的同名点。     

利用改进的DCCD和SIFT描述符的影像匹配方法

提出一种基于改进的DCCD(double-cirele-based corner detector, )和SIFT(scale invariant feature transform)描述符的影像匹配方法。在特征点检测阶段,首先采用改进的DCCD快速检测影像上的关键点,然后确定关键点的主方向,生成特征点。在特征点描述阶段,采用SIFT描述符描述特征点。在特征点匹配阶段,分别采用BBF(best bin first)算法和RANSAC(随机采样一致性)算法进行特征点粗匹配和误匹配特征点剔除。实验结果表明,与基于Harris角点和SIFT描述符的影像匹配方法相比,该方法在匹配速度和准确率方面得到了提高。     

一种具有视点不变性的倾斜影像快速匹配方法

提出了一种具有视点不变性的倾斜影像快速匹配方法。首先对影像进行预处理,即通过透视投影变换得到纠正影像(近似正射影像),消除影像几何变形、尺度和旋转问题;再对纠正影像提取Harris角点并建立尺度不变特征变换(scale invariant feature transform,SIFT)描述子。匹配时,在保证匹配准确率的同时,为了使得匹配点对分布均匀且提高匹配效率,利用粗略F和H矩阵引导在局部范围内进行显著性匹配,并利用归一化互相关(normalized cross-correlation,NCC)测度约束剔除误匹配点。对三组典型的倾斜影像数据进行实验,结果表明,本文方法得到的匹配点对分布均匀且较为密集,匹配准确率和效率也较高。     

基于小波变换的分层影像匹配

提出一种小波变换支持的基于灰度和基于特征相结合的分层匹配方案用于DEM自动生成,利用航空与航天影像(MOMS-02,SPOT)进行的试验表明,该方案具有基于灰度、基于特征和分层影像匹配的优点,能以较少的代价获得高精度、高可靠性的匹配结果.     

多基准点和基准方向的面阵与线阵影像匹配方法

针对面阵影像与线阵影像之间存在的尺度、旋转等几何差异所导致的难以高效获得稳定可靠匹配点问题,该文提出了一种稳健的面阵影像与线阵影像匹配方法。算法分为3个阶段:(1)对影像进行尺度、旋转预处理,消除影像间的尺度和旋转差异;(2)用Harris算子提取特征点,进行逐层金字塔匹配,在最底层影像上进行最小二乘匹配获取精匹配点,利用随机抽样一致算法获取准确性较高的匹配点;(3)对准确性较高的匹配点分区,构建4块匹配区域,根据每块区域的匹配点计算重心,以此4块区域的重心作为匹配基准点和基准方向,重约束初始匹配结果。通过多组面阵影像与线阵影像数据实验结果,验证了该方法的可行性和有效性,可为后续空中三角测量及相关应用提供可靠的匹配点。     

一种适用于低空影像的数字表面模型自动获取方法

无人飞行器系统获取的低空影像数据往往倾角大、像幅小且重叠度不规则,同时在灰度与比例尺上可能不一致.针对其特点,提出了一种适用于低空影像的数字表面模型自动获取方法.首先,采用影像水平纠正、构建金字塔、Wallis滤波以及Harris特征提取等方法对低空影像进行匹配预处理;然后,对经预处理的多级影像采取由粗到精的匹配,再基于低空影像高重叠度的特点进行三视检核以剔除误匹配点;最后采用近邻内插生成规则格网的数字表面模型.试验表明,该方法有效可行,生成的数字表面模型产品精度较高,对于改进现有的生产流程具有一定的实际意义.     

一种改进的Hu不变矩多源影像匹配方法

Hu不变矩对多源影像进行匹配时,无法对抗大幅度旋转和灰度差异,而且计算量较大无法快速匹配。本文结合多源影像之间的区别和联系,针对Hu不变矩的适用性和计算过程,从匹配窗口设计、影像预处理、亮度因子、计算过程等4个方面进行改进。实验结果表明,改进后的Hu不变矩匹配方法可以抵抗大幅度影像旋转和灰度差异,而且提高了匹配准确度和速度。     

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。