一种可提高室内视觉SLAM的结构线特征选择方法

室内场景由大量的平面和直线构成,且经常存在纹理单一而少的情况,这会使得产生的点特征稀少且分布不均匀,从而导致传统的以点特征为观测值的视觉同步定位与建图（simultaneous localization and mapping, SLAM）容易产生不准确的定位结果。本文针对室内场景,在基于点特征的视觉SLAM基础上,引入线特征作为额外的观测值。针对与运动方向平行的线特征对运动估计的几何约束较弱的不足,提出一种能从线特征中筛选出与运动方向不平行的线特征的方法,选择与运动方向不平行的结构线特征参与平差优化,提高室内视觉SLAM的定位精度。实验表明,在公开数据集上,使用本文的方法后,定位精度能在基本不影响实时性的条件下提高15%左右。     

基于加权预积分和快速初始化的惯性辅助单目前端模型

针对单目视觉惯性定位系统在复杂环境和相机高动态条件下的实时性和高精度的需求,提出了一种基于加权预积分和快速初始化的惯性辅助单目前端模型Improved_VIO。首先同步视觉和惯性测量数据,建立高精度的IMU加权预积分模型,为联合初始化和视觉跟踪模型提供帧间运动约束;然后构建视觉惯性融合状态向量,建立联合初始化模型,实现视觉惯性松耦合的快速联合初始化;最后在IMU加权预积分和快速初始化方法的基础上,建立一套惯性辅助的视觉跟踪模型,从而有效提高系统定位精度。在EuRoC数据集上的试验结果表明,与传统视觉惯性定位前端模型相比,本文的前端模型提升了单目视觉惯性定位的精度与实时性,初始化时间缩短至10 s内,定位精度提高了约30%。     

基于ORB-SLAM2算法的水下机器人实时定位研究

随着近几年视觉SLAM的快速发展,为机器人、无人机、汽车等导航定位提供了更多选择。针对当前水下机器人定位技术存在的系统复杂、操作难度大等问题,本文提出了一种基于ORB-SLAM2算法的水下定位方案。利用单目相机作为传感器,构建了单目视觉SLAM水下机器人定位模型,完成像素坐标系到世界坐标系的转换,介绍了ORB-SLAM2算法定位涉及的关键技术。通过水下理想环境试验,对ORB-SLAM2算法在水下定位性能进行了综合评价,通过海洋环境试验证明ORB-SLAM2算法可以有效对水下机器人进行实时定位。     

特征法视觉SLAM逆深度滤波的三维重建

针对现有特征法视觉SLAM只能重建稀疏点云、非关键帧对地图点深度估计无贡献等问题,本文提出一种特征法视觉SLAM逆深度滤波的三维重建方法,可利用视频序列影像实时、增量式地构建相对稠密的场景结构.具体来说,设计了一种基于运动模型的关键帧追踪流程,能够提供精确的相对位姿关系;采用一种基于概率分布的逆深度滤波器,地图点通过多帧信息累积、更新得到,而不再由两帧三角化直接获取;提出一种基于特征法与直接法的后端混合优化框架,以及基于平差约束的地图点筛选策略,可以准确、高效解算相机位姿与场景结构.试验结果表明,与现有方法相比,本文方法具有更高的计算效率和位姿估计精度,而且能够重建出全局一致的较稠密点云地图.     

考虑人类视觉特征的融合图像评价方法

图像质量评价是遥感图像融合必不可少的环节,对融合图像的客观评价具有较好的研究价值,好的客观评价指标应尽量与主观评价一致。针对全色图像和多光谱图像的融合质量评价,在考虑人类视觉系统的多通道分解和对比度敏感特性的基础上,首先修改颜色失真和结构相似度来分别评价光谱信息和空间信息,然后综合两者作为融合图像的整体评价。以SPOT5图像和高分二号卫星图像为原始数据,对7种融合图像的质量进行了评价。实验表明,对于高分辨率的遥感图像,这种引入了人类视觉特征的融合评价方法与主观评价有很好的一致性。     

基于GIS与模糊层次分析法的景观视觉资源综合评价

景观视觉评价是评判景观视觉资源价值的重要方式。本研究从景观视觉的综合定量评价角度出发,设计基于基本视觉元素与景观视觉敏感度的综合评价指标体系,提出一种基于GIS空间分析与模糊层次分析法的景观视觉综合评价方法,利用综合视觉指数分别从整体视角和单因子视角客观揭示景观视觉资源的分布特征及其影响因素。以泰山风景区为研究区的实验结果显示：单因子视角中,玉皇顶、天烛峰、碧霞祠等景点分别在视域范围、相对坡度敏感度、相对距离敏感度等侧面具有最高的评分。综合视角下,景观视觉指数最高的景点为玉皇顶（0.819）,最低的景点为桃花峪（0.180）。通过与基于用户打分的景点评价结果的对比,验证了本方法的可靠性与先进性,为定量化描述与评价景观视觉资源提供了一种新的研究思路和研究方法,也为景区综合发展规划及景点的开发保护提供了客观的参考依据和决策支持。     

基于对象BOW特征的高分辨率遥感影像变化检测方法

针对传统基于像素的变化检测方法的缺点,以及底层特征表现能力不足等问题,提出一种基于对象BOW特征的变化检测方法。首先,将经过预处理操作的两期影像进行波段组合得到组合后影像,再考虑地物光谱特征和几何空间信息对组合后影像进行多尺度分割,获得相对应的对象基元;同时,分别提取两幅影像的底层特征（包括影像各波段的均值和方差以及灰度图像的6种纹理特征）。其次,将对象视作文档,像素的特征向量视作单词,利用BOW模型构建影像对象的中层表达,即对象的BOW特征。最后,通过相似性度量算法比较相应对象的BOW特征,从而识别出影像上的变化区域。本文利用2组WorldView-2影像进行了检验,结果表明本文方法的变化检测结果较为完整,精度优于对比方法。本文方法基本能够满足变化检测的需求,为高分辨率遥感影像上的数据挖掘分析提供了有效的手段。     

IMU辅助下的单目视觉坐标传递

针对管线测量中由于GNSS RTK卫星信号遮挡或测站不易架设等原因无法提供坐标的场景,本文提出了一种IMU辅助下的单目视觉坐标传递方法,用于延伸RTK测得的精密坐标。首先在两个已知的RTK点上架设相机拍摄图像,同时采集IMU数据;然后对图像进行特征提取和匹配,恢复帧间旋转、平移及尺度;最后三角化待测点,以获得待测点在真实尺度的相机坐标系下的坐标。受IMU静基座初始对准方法的启发,本文利用重力矢量和相机光心间矢量分别在地理坐标系和相机坐标系下的投影求解这两个坐标系间的旋转矩阵,进而求得待测点在地理坐标系下的三维坐标。相对于其他测量手段,本文方法灵活便捷、设备轻便、操作简单,且一次采集即可获取相机视场中的任意共视点坐标。试验结果表明,本文提出的坐标传递方法所得的平面坐标的误差平均值为0.12 m,高程误差的平均值为0.2 m。     

流场动态地图符号视觉变量分析与应用

随着大数据的发展以及数据观测技术的进步,以动态地图和动态符号的方式进行流场可视化表达具有广泛的应用前景。针对目前流场动态地图符号表达机制研究不足的问题,本文采用粒子系统方法构建了流场动态地图符号表达模型,基于流场的特点,研究了视觉变量的选取对于流场动态表达效果的影响。然后,以海洋流场数据的可视化实现为例进行验证,结果表明可视化效果良好,可以为矢量场动态符号的应用提供参考。