基于SIFT的无人机航拍图像快速拼接技术研究

无人机航拍图像自动拼接技术可以获得宽视野、高分辨率的图像,在地图生成、军事侦察等方面具有重要的研究意义。对于特征点匹配时间较长的问题,提出一种新的图像拼接算法。通过无人飞行器获取航拍图像,采用SIFT特征提取算法提取图像的特征点,并在图像初步匹配中加入序贯相似性检测算法(SSDA算法),再根据RANSAC算法计算转换矩阵,去除误匹配的特征点对,最终完成图像拼接工作。通过实验证明,所用算法使匹配速度加快,大大缩减了运算时间,同时得到较好的无缝拼接结果图。     

基于光谱法的内窥光学相干层析扫描成像系统的研究

结合了内窥镜和光谱OCT (spectral domain optical coherence tomography, SDOCT) 技术,介绍了SDOCT的成像原理和系统的一些参数.利用光谱仪对干涉仪产生的干涉信号进行光谱展开,得到光谱解析干涉图样,设计算法以获取样品的深度信息.搭建基于光谱干涉法的光纤化SDOCT内窥成像系统,利用电机驱动直角反射棱镜旋转,对样品扫描成断层图像.采用多层盖玻片作为样品进行旋转扫描成像实验,获得的样品图像同时显示了样品的表面和深度的信息,表明该方法可以旋转扫描成像.     

基于全局拼接的航拍图像拼接算法研究

研究航拍图像的拼接问题,提高图像拼接的准确度。由于当通过航拍获取的图像中部分图像相互存在重叠区域的比例不大时,造成拼接不准确。传统的区域的图像拼接算法无法将具有较小重叠区域的图像准确拼接。为了提高航拍图像拼接的准确率,提出一种全局的图像拼接算法,通过使用SIFT算法提取图像的SIFT特征点,根据位置误差最小的原则完成两幅图像的SIFT特征点匹配,最后利用整体最优化方法对拼接结果进行优化,采用全局特征点的拼接方法,可避免传统方法只利用重叠区域灰度特征而不能准确拼接低重叠度图像的问题。实验证明,改进方法利用图像的全局信息,准确地实现图像的拼接,取得了满意的结果。     

传世艺术画作的多光谱图像数字典藏技术

介绍了多光谱颜色技术和以及国外研究近况,提出了运用多光谱颜色技术获取多光谱图像对传世艺术画作进行抢救性保护的可操作技术途径.构建了宽带多光谱成像实验系统,实验表明7个宽带通道的多光谱图像获取系统,光谱重建精度满足颜色重现精度的要求:无论最大色差和平均色差都小于人眼可分辨容限,可以满足艺术画作图像颜色高保真重现的目的.     

CCSDS压缩算法对高光谱数据质量的影响研究

成像光谱仪能够探测获取目标的空间信息和光谱信息,逐渐在军事/民用遥感领域广泛应用.然而随着成像光谱仪的空间分辨率和光谱分辨率的提高,数据量也飞速提高.受数据下行链路带宽限制,星载高分辨率成像光谱仪所获取的海量数据必须进行有损压缩,而采用有损压缩又带来了一个关键问题:有损压缩所造成的数据失真究竟会对高光谱数据质量及后续遥感应用造成怎样的影响.本文基于CCSDS压缩算法的两种压缩方案,从统计性能、辐射性能、空间性能、光谱性能和应用性能5个方面,系统性分析了数据压缩对高光谱数据质量造成的影响.结果表明,利用高光谱数据的高谱间相关性,采用谱间去相关与CCSDS空间数据压缩相结合的方案,与直接采用CCSDS进行空间数据压缩的方案相比,具有更好的压缩性能,对高光谱数据质量造成的影响更小.     

一种基于SIFT特征的航拍图像序列自动拼接方法

针对航拍图像序列拼接问题，提出一种基于尺度不变特征变换（SIFT）特征的自动拼接方法，该方法主要包括图像配准和镶嵌两个步骤。由于航拍序列各帧图像之间存在较大差异，因而常用的基于特征的配准方法适用性较差，对此，提出利用SIFT特征来实现准确、稳健的航拍图像配准。进一步的，提出一种基于视觉特征的色彩融合方法以取得平滑的镶嵌效果。最后，通过对真实航拍序列进行拼接实验验证了所提方法的有效性。     

海事监管中无人机航拍图像快速拼接算法

针对海事监管中航拍图像拼接生成大视场图像的时效性较低以及配准准确性不高的问题,提出了一种快速高效的无人机(UAV)航拍图像拼接算法.根据海事监管辖区航拍图像特点缩小了角点搜索范围,通过设定自适应的梯度阂值和角点响应函数阈值筛选角点,通过局部最大角点响应函数值取舍准则实现了角点均匀化分布;采用基于相位相关的模板粗匹配方法和带有特征约束的RANSAC细匹配方法求出最优变换矩阵;利用人眼的视觉特性改进传统加权平均融合算法的加权因子使图像拼接过渡自然.实验结果表明:算法具有较好的自适应性,在拼接效率和准确率上较传统算法有了很大改善.     

基于直线特征约束网格变形的航拍图像拼接

针对常用航拍图像拼接算法在处理存在视差的复杂图像时会出现鬼影、失真、不自然的问题,在APAP(as-projective-as-possible)算法的基础上,添加全局相似性和直线结构保护约束,提出一种基于直线特征约束网格变形的航拍图像拼接方法.首先,在图像重叠区域检测点、直线特征,并估计单应性扭曲;然后,使用网格将图像划分成多个局部图像块,建立网格优化模型,根据网格顶点坐标集定义一个包含图像扭曲不同特征的总能量函数,在APAP算法提供的局部单应性保证重叠区域对齐的前提下,对非重叠区域借鉴NISwGSP算法的全局相似性约束思想,并辅以直线结构约束提高拼接自然度;最后,在稀疏线性系统中求解能量误差最小化问题,得到最优网格顶点集,指导网格变形并完成航拍图像拼接.实验结果表明,所提出的变形方法能够减少重叠区域鬼影和非重叠区域失真问题,相比AutoStitch、APAP、AANAP、SPHP等经典算法拼接效果更自然,更能适应大视角的航拍图像拼接任务.     

基于改进KAZE的无人机航拍图像拼接算法

为了更好地解决航拍图像易受光照、旋转变化、尺度变化等影响,KAZE算法实时性较差以及基于K近邻的特征匹配算法耗时较长等问题,该文提出了一种基于改进KAZE的无人机航拍图像拼接算法.该方法首先利用加速的KAZE算法提取图像的特征点,采用二进制特征描述子FREAK（Fast retina keypoint）进行特征点描述,然后使用Grid-KNN算法进行特征点粗匹配,利用随机一致性算法对匹配的特征点进一步提纯并计算几何变换模型,最后采用加权平均算法对图像进行融合.实验结果表明,该文所提算法使图像在光照变化、旋转变化及尺度变化下具有较好的性能,且处理速度较KAZE算法与K近邻特征匹配算法有较大提升,是一种稳定、精确度高、拼接效果良好的无人机航拍图像拼接方法.     

近红外高光谱图像数据预测技术

目的 受到传感器光谱响应范围的影响,可见光区域和近红外区域（400~2 500 nm）的高光谱数据通常使用不同的感光芯片进行成像,现有这一光谱区域典型的高光谱成像系统,如AVIRIS （airborne visible infrared imaging spectrometer）成像光谱仪,通常由多组感光芯片组成,整个成像系统成本和体积通常比较大,严重限制了该谱段高光谱探测技术的发展。为了能够扩展单感光芯片成像系统获得的高光谱图像的光谱范围,本文探索基于卷积神经网络的近红外光谱数据预测技术。方法 结合AVIRIS成像光谱仪的光谱配置,设计了基于残差学习的红外谱段图像预测网络,利用计算成像的方式从可见光范围的高光谱图像预测出近红外波段的光谱图像,并在典型的卫星高光谱遥感数据上进行红外光谱预测重构和基于重构的数据分类实验,以验证论文提出的红外光谱数据预测技术的可行性以及有效性。结果 本文设计的预测网络在Cuprite数据集上得到的预测近红外图像峰值信噪比为40.145 dB,结构相似度为0.996,光谱角为0.777 rad;在Salinas数据集上得到的预测近红外图像峰值信噪比为39.55 dB,结构相似性为0.997,光谱角为1.78 rad。在分类实验中,相比于只使用可见光图像,利用预测的近红外图像使得支持向量机（support vector machine,SVM）的准确率提升了0.6%,LeNet的准确率提升了1.1%。结论 基于AVIRIS传感器获取的两组典型卫星高光谱数据实验表明,本文提出的红外光谱数据预测技术不仅可基于计算成像的方式扩展可见光光谱成像系统的光谱成像范围,对于减小成像系统体积和质量具有重要意义,而且可有效提高可见光区域光谱图像数据在典型应用中的处理性能,对于提高高光谱数据处理精度提供新的技术支撑。     

基于GPU的车载全景视觉系统

针对大、中型车辆在行驶、泊车过程中存在的视觉盲区以及多路视频全景拼接难以实时等工程化问题,本文设计出一种基于FPGA和GPU平台的多路相机安全驾驶辅助系统.FPGA实现图像数据采集、参数传递等预处理,在GPU上实现拼接算法的并行加速.在算法上优化实现多相机自动化标定,生成融合参数表以获取精确的融合配准关系.实验结果表明,该系统可适应多路鱼眼相机的实时拼接,在TX2上稳定的拼接速度可达到33 fps.     

基于图像处理的太阳光矢量倾角测量方法

为了提高在轨太阳光谱辐射的绝对定标精度,提出了太阳光矢量和太阳光谱仪主光轴夹角的测量方法。以图像处理技术为基础,构造了太阳光矢量和太阳光谱仪主光轴夹角的测量系统。入射的太阳光经在成像器件上成像,然后经过图像处理,获取了太阳光像点中心的位置,进而计算了太阳光矢量和与太阳光谱仪主光轴的倾角。实验表明测量方法是有效的,测量系统工作可靠稳定,测量精度约为0.05°。     

大型风洞PIV试验的关键技术

从粒子产生及投放技术、图像拼接技术、反光处理技术、时序调整技术、设备标定技术五个方面深入探讨了大型风洞PIV试验的关键问题及处理方法;提出了在大型风洞试验中开展粒子投放,应选择经济实用的材料,研制足量可控且可持续供应的粒子发生装置,同时要在适当的位置进行投放;在进行大视场图像拼接时,应选择先分别计算再进行速度场结果进行拼接的方法,并在图像采集前做拼接标定,以获得拼接参数;在反光处理时,应根据实际情况选择最佳的反光处理方法,如选择移动相机的方法,应在图像处理时进行变形修正;在大型风洞中,应掌握快速高效的时序调整及设备标定方法,提高试验效率。     

Panoramic video stitching from commodity HDTV cameras

Digital camera and smartphone technologies have made high-quality images and video pervasive and abundant. Combining or stitching collections of images from a variety of viewpoints into an extended panoramic image is a common and popular function for such devices. Extending this functionality to video however, poses many new challenges due to the demand for both spatial and temporal continuity. Multi-view video stitching (also called panoramic video stitching) is an emerging, common research area in computer vision, image/video processing and computer graphics and has wide applications in virtual reality, virtual tourism, surveillance, and human computer interaction. In this paper, we study and solve the major technical and practical problems in the complete process of stitching a high-resolution multi-view video into a high-resolution panoramic video. The challenges addressed include video stabilization, efficient high-definition multi-view video alignment and stitching, color correction, and blurred frame detection and repair. The proposed approaches have been successfully applied in a high-quality virtual reality system—the Virtual Exercise Environment (VEE) system.     

婴幼儿视网膜广域成像系统

为实现婴幼儿眼底疾病的及时诊断与治疗,开发的婴幼儿视网膜广域成像系统可以解决成像时大视场要求.系统包括照明部分、成像部分和图像采集装置.设计了角膜接触眼底镜,采用像差小、折射率大的非球面设计,满足大视场的要求;设计了图像采集装置,使用C++编写图像采集处理软件,进行图像采集、相机标定和几何畸变校正.实验结果表明：采用多环光纤光线照明的婴幼儿视网膜广域成像系统可以实现85°视场的较清晰广域成像;采用基于相机标定的图像几何畸变校正方法,可有效补偿视网膜成像光路的畸变.该婴幼儿视网膜广域成像系统可以为眼科疾病的诊断、筛查提供客观、清晰的依据.     

一种基于SSEQ算法的低空无人机影像快速成图方法

针对现有的无人机因飞行高度较低、视野小、获取影像像幅较小导致影像处理时数量剧增且部分影像质量较差等问题,提出一种基于SSEQ算法的无人机影像快速成图方法。该方法首先对无人机影像进行降采样和分块处理,提取影像局部块上的空间熵和频谱熵信息;然后利用SVM和SVR进行训练、预测和回归,评定影像质量;最后依据评定结果筛选出高质量影像完成拼接实验,并提取控制点的图上坐标,记录实验耗时。实验结果表明,基于SSEQ算法筛选后生成的正射影像与原始影像拼接生成的正射影像精度接近,拼接效率提高39.27%。     

图像碎纸片半自动可视化拼接方法

图像碎纸片的拼接与复原在司法物证复原和军事情报获取等领域有着重要的应用。根据图像碎片的特点建立了集成相似度的计算模型,设计了一种“双排扣”拼接方法来提高一次拼接的准确性;根据贪心准则设计了一种向四周扩展和绕回的图像碎纸片有效拼接算法,并根据图像碎纸片拼接特点制定了人工干预准则,实现了可视化的人机交互拼接系统。最后,通过实验验证了该方法在解决图像碎纸片拼接问题上的有效性。     

基于HL-2M 装置的等离子体可见光成像诊断系统的研制

HL-2M 托卡马克初始等离子体放电实验对等离子体可视化诊断有一定的需求,其中可见光成像系统为关键诊断之一,对初始等离子体放电有着十分重要的作用。本研究以HL-2M为平台设计研发了一套可见光成像诊断采集系统,本系统具有切向与广角两套成像诊断,可以直观准确地分析放电过程中的等离子体演化,包括等离子体击穿、维持、破裂和等离子体与壁相互作用等物理现象。系统的两套诊断通过镜头与传像光纤束进行等离子体可见光辐射的成像与传输,并以Lumenera Lt425C相机为采集和控制核心。以远程服务器控制本地并传输至数据库为控制模式,控制软件采用了VC++的多线程技术以及OpenCV软件库的图像处理技术,能够进行实时的可见光图像采集,并在放电结束后进行图像回放,同时系统具备色彩校准标定可以在装置复杂情况还原装置真实运行状态,系统具备参数配置功能,支持炮间更改参数,适应各种情况的物理实验,并有着一定的可移植性。本系统的开发研制可以满足HL-2M 装置初始等离子体放电期间的运行基本要求,在HL-2M初始等离子体放电期间取得了良好的效果,为后续推广至其他的装置提供了解决方法。     

基于PLC的电子体温计在线检定系统设计

设计了以三菱PLC FX2N-16MT作为控制核心,以步进电机作为执行元件,驱动电子体温计检定机构,配合计算机CCD图像采集处理系统,实现电子体温计的在线高速高效检定.检定过程包括电子体温计装卸、温度测量、CCD图像采集、测量温度比对、检定结果报表输出五个步骤.     

虚拟CCD线阵星载光学传感器内视场拼接

以基于虚拟CCD线阵的多CCD影像重成像算法作为内视场拼接的技术手段,在对由地形起伏引起的多CCD影像的拼接误差进行理论分析和推导的基础上,提出无需数字高程模型(DEM)的虚拟CCD线阵多CCD影像重成像算法;并提出使用基于严密成像几何模型的空间前方交会的方法直接评价影像拼接对摄影测量生产的精度影响。研究表明,在虚拟CCD"安装"位置与真实CCD位置偏差不大的情况下,使用成像区域的平均高程进行拼接即可满足几何无缝拼接的需求;而在虚拟CCD"安装"位置与真实位置的偏离超过限差的情况下,可以用航天飞机雷达地形测绘DEM(SRTM-DEM)等一定精度的DEM数据校正地形起伏引起的拼接误差。使用先进陆地观测卫星(ALOS)卫星全色遥感立体测绘仪(PRISM)传感器三线阵影像作为实验数据,对前视、下视和后视的多CCD影像分别进行拼接。对拼接线的判读结果表明,影像拼接效果良好。另外,分别对拼接前和拼接后的前视、后视影像选取同名点进行空间前方交会,拼接后影像的空间前方交会精度与拼接前影像的空间前方交会精度一致。本文方法,可以无需DEM进行ALOS PRISM的内视场拼接,并使得拼接后影像的立体测图精度无损;拼接误差分析方法也可以在航空相机影像拼接中推广。