视差互信息引导下的立体航空影像与LiDAR点云自动配准

目的 从视差图反映影像景物深度变化并与LiDAR系统距离量测信息"同源"这一认识出发,提出一种基于视差互信息的立体航空影像与LiDAR点云自动配准方法.方法 本文方法分为3个阶段:第一、通过半全局匹配SGM(semi-gdabal matching)生成立体航空影像密集视差图;第二、利用航空影像内参数及初始配准参数(外方位元素)对LiDAR点云进行"针孔"透视成像,生成与待配准的立体航空影像空间分辨率、几何形变相接近且具有相同幅面大小的模拟灰度影像-LiDAR深度影像,以互信息作为相似性测度依据估计航空影像视差图与LiDAR深度影像的几何映射关系,进而以之为基础实现LiDAR点云影像概略相关;第三、以LiDAR点云影像概略相关获得的近似同名像点为观测值,以视差互信息为权重,实施摄影测量空间后方交会计算获得优化的影像外方位元素,生成新的LiDAR深度影像并重复上述过程,直至满足给定的迭代计算条件.结果 选取重叠度约60%、幅面大小7 216×5 428像素、空间分辨率约0.5 m的立体航空像对与平均点间距约1.5 m、水平精度约25 cm的LiDAR"点云"进行空间配准实验,配准精度接近1个像素.结论 实验结果表明,本文方法自动化程度高且配准精度适中,理论上适用于不同场景类型、相机内参数已知立体航空影像,具有良好的应用价值.     

航空影象与地图的配准纠正

针对现有航空影象纠正软件存在的问题,提出了一种无数字地面模型支持的基于“图象与图形叠加配准”的纠正新方法,并介绍了基于索引模式的图象与图形快速叠加技术,对于影象纠正,在分析航空影象局部变形特点的基础上,提出了对局部变形进行纠正的经验公式,最后,又将初纠正与局部纠正结合在一起,开发了一个完整的图象纠正软件,同时还利用该软件对航空图象进行了纠正试验,纠正时共选择了13个控制点,纠正后的图象与地图叠显示出整体匹配很好,存在的残差也都在2pixel之内,研究结果表明,该纠正方法是可行的,可以用来纠正由各种因素造成的影象变形。     

LiDAR和航空影像集成的复杂建筑物重建研究

利用航空影像和LiDAR数据各自的优势点而进行的融合为复杂建筑物三维重建提供了一种可靠的途径。利用LiDAR数据获取建筑物初始边界,在航空影像中提取出边界特征,从而对初始建筑物边界进行精化;针对少量错误和丢失的建筑物边界进行编辑,开发了相应的软件系统。对某研究区域进行实验,并从重建建筑物模型的正确性、完整性和精度三方面进行分析,证明了所提出算法的可行性和有效性。     

基于河流特征的DEM与遥感影像配准

针对DEM数据地物特征不明显,控制点不易选取,从而造成与影像配准困难的情况,提出根据DEM生成河流信息,利用河流交叉点及河流拐点作为控制点,然后再与遥感影像进行配准的方法。该方法首先根据DEM确定河流流向,根据河流流向计算每个栅格的汇流累积量,而后根据汇流累积量提取河流信息,最后根据生成的河流信息提取关键特征点,从而实现DEM与遥感影像的配准。通过对北京密云地区ETM影像与DEM数据进行配准试验,证明了该方法的可行性。     

顾及数据配准的ALOS和SRTM1精度修正北大核心CSCD

目前,ICESat/GLAS是大尺度GDEM(global public digital elevation model)精度评价和修正的主要数据源。然而,现有的修正方法均忽略了两组数据之间的有效配准。为此,选取江西省作为研究区域,以SRTM1和ALOS作为研究对象,使用随机森林(random forest,RF)对配准前、配准后SRTM1和ALOS修正,以验证数据配准对GDEM修正的重要性。研究结果表明:ICESat/GLAS与SRTM1之间不存在位置偏差,而与ALOS之间存在明显的位置偏差;和配准前相比,配准后ALOS的系统误差基本消除,中误差也降低了10.0%,证明数据配准对ALOS精度有重要影响。RF方法可以显著提高SRTM1和ALOS的精度,但配准后ALOS修正精度明显优于配准前,其精度多提高了21.5%,再次证明数据配准对ALOS修正影响较大。和原始DEM相比,修正后SRTM1和ALOS的平均误差均接近于0 m,平均绝对误差和中误差也分别降低了11.9%、37.0%和15.1%、29.2%。     

基于兴趣边缘优化的壁画影像与激光扫描数据非刚性配准

将壁画影像与激光扫描数据配准,并进行定位和纠正在壁画的数字化保护中有非常重要的意义.本文以激光扫描数据强度信息为中介,提出了一种基于兴趣边缘优化的壁画影像与激光扫描数据的非刚性配准方法:由激光扫描数据生成强度影像,以壁画彩色影像的兴趣边缘和强度影像的梯度场作为配准基元,在影像刚性配准基础上,对每条兴趣边缘进行优化配准,然后以优化后边缘的特征点为控制点,构造影像之间的非刚性变换模型,完成壁画影像与激光扫描数据的配准.实验结果表明本方法在不同数据中都能获得较高的配准精度.     

基于VoxelMorph的可见光和红外遥感影像配准

由于可见光和红外的成像机理、成像波段不同,获取的遥感影像之间存在复杂的非线性辐射畸变,传统的配准方法难以实现两者的高精度配准。本文提出一种基于VoxelMorph的可见光和红外遥感影像配准方法,利用卷积神经网络对可见光和红外异源图像进行分步的精细化形变场计算,从而实现快速高精度配准。将可见光图像作为参考图像,利用U-Net网络计算待配准红外图像和参考（可见光）图像的形变场,实现全局对齐的仿射变换,然后通过空间转换网络进一步实现更高自由度变形。采用WHU-OPT-SAR数据集的实验结果表明,与基于尺度不变特征变换（SIFT）算法的传统配准方法相比,本文提出的基于VoxelMorph配准方法可以获得更好的配准效果,验证了基于VoxelMorph的配准方法在多源遥感影像领域的有效性。     

多源遥感影像多项式配准精度影响因素分析

影响遥感影像配准精度的因素众多,基于多项式配准模型在遥感影像配准中的应用,针对地形起伏、控制点分布、多项式配准模型次数、配准影像的多源异质性等影响多源遥感影像配准精度的因素,采用TM、SPOT和SAR等多源遥感影像进行了广泛的多项式配准实验分析,总结得出了上述各因素对多源遥感影像多项式配准精度的影响规律,为多源遥感影像的多项式配准实践提供一定的指导。     

多源遥感影像自动配准技术的研究进展

综合利用多种不同遥感卫星获取的数据,可以较为全面地反映观测对象的几何和物理特性,有利于后续影像融合、影像分类等操作的进行,但是不同传感器设计各异,使多源影像自动配准难度重重。为此本文首先对自动配准的流程进行简要介绍,进而对国内外多源遥感影像的自动配准技术进行了分析和评述,最后总结了多源遥感影像自动配准技术面临的主要问题,并展望了其未来的发展方向。     

一种改进的无人机航空影像配准方法

针对目前无人机航空影像非同源、畸变大、处理量多的问题,提出一种改进的无人机航空影像配准方法;首先利用传统SIFT方法得到特征点,其次利用C均值聚类方法可实现准确的非监督分类的特点,对传统SIFT方法得到的特征点进行筛选,从而得出同名点;最后根据得到的同名点完成待匹配图像的投影变换完成配准;通过实验仿真证明该方法精度有较大提高,且可自适应处理不同图像,是一种有效的无人机航空影像匹配改良方法.     

基于机载LiDAR和高分辨率遥感影像的城市道路网提取

利用单个数据源的数学形态学道路提取方法不能充分利用道路的特征,提取的道路信息不完整。针对这一缺陷,并考虑到机载LiDAR数据可以提供高程信息,提出了将机载LiDAR数据和高分辨率遥感影像数据结合起来的城市道路网的提取方法。以徐州市的机载LiDAR数据和高分辨率遥感影像数据作为实验数据,首先将两者进行精确配准,然后利用伪道路信息去除的方法分别将植被信息和建筑物信息等去除,得到基本的道路轮廓,再利用形态细化算法提取道路的中心线,最后,在ArcGIS和Matlab编程环境下实现了改进的道路修剪算法(IRT),利用该算法进行道路修剪,得到了平滑和连贯的城市道路网。经过精度评价可以看出:利用该方法可以较好地避免建筑物阴影、低矮植被群等对道路提取的影响,道路的识别精度达到84%以上。     

基于SURF描述子的遥感影像配准

针对多源遥感影像的配准问题,提出一种基于SURF描述子的匹配算法,该算法具有稳健及高精度特性,采用SURF匹配算法得到同名点,利用一次多项式、Forstner算子和最小二乘原理由粗及精地剔除残差较大的同名点,利用提取的密集同名点构建三角网,对影像进行分块精确纠正。实验结果表明,该算法能够实现多源遥感影像的高精度配准。     

基于边缘特征的多源高分辨率影像配准

针对多源高分辨率影像之间较大的非线性辐射差异和局部几何变形造成较差配准精度的问题,提出一种基于边缘特征的多源高分辨率影像配准方法。该方法首先通过各向异性扩散滤波构造输入影像的非线性尺度空间,在此基础上计算每一尺度的扩展相位一致性最大矩以获取丰富的边缘特征,并利用基于分块策略的FAST检测器提取稳定的特征点;其次利用多尺度多方向LogGabor滤波生成主方向索引图（Main Orientated Index Map,MOIM）,并结合高斯加权构建一种稳健的特征描述子;最后采用巴氏距离和快速采样一致（Fast Sample Consensus,FSC）方法获取同名点。选择多组多源高分辨率影像进行实验,结果表明：该方法能够有效克服多源高分辨率影像间非线性辐射差异和局部几何变形,配准效果好于其他相关方法,并且平均配准精度优于1个像素。     

基于自适应尺度的遥感影像渐进配准

图像配准是遥感图像处理中的基本问题.本文针对多源多时相遥感影像的特点,提出了一种基于自适应尺度的渐进配准方法,在从粗到细的迭代配准过程中,可以通过上一次配准结果的几何定位误差来确定本次匹配的尺度,并按该尺度提取特征角点和特征邻域进行匹配,与常规金字塔渐进配准方法相比,减少了匹配次数,提高了配准效率.另外,特征提取和匹配过程中提出一种基于Harris-Laplace算法和相位相关算法的遥感影像配准算法,利用Harris-Laplace角点代替原始图像,能够综合区域和特征的优点,对亚像元偏移、旋转、尺度变化具有不变性,同时对对比度和灰度的变化不敏感,具有很强的抗噪性.在特征检测和匹配的过程中采用限定搜索区域、抽稀角点等多种优化策略来提高算法的性能.实验证明,算法具有很好的精度,对几何攻击具有很好的鲁棒性,该算法已经应用于CBERS-02B星3级数据的批量自动化生产,具有很好的应用效果.     

一种用于三维重建的彩色Sift准稠密匹配算法

针对复杂光照条件下Sift算法对彩色图像匹配能力较差,基于Kubelka-Munk理论,提出了一种适用于未标定图像的准稠密立体匹配算法,有助于更精确地进行三维重建。该算法首先求出彩色图像各个像素的颜色不变量,提取彩色特征点并通过构造彩色Sift特征描述子进行初匹配,采用RANSAC鲁棒算法消除误匹配生成种子点;然后依据视差约束提出一种基于视差梯度均值自适应窗口方法,根据视差梯度均值调整搜索范围;最后采用最优先原则进行区域增长。实验证明,该算法能获得比较满意的匹配效果,是一种有效的用于三维重建的准稠密匹配算法。     

基于归一化SIFT算法的不同光学影像配准

由不同传感器摄取的遥感影像因成像模式、拍摄角度和分辨率不同,给两者之间的配准造成困难。针对该问题,提出归一化SIFT算法,通过对SIFT描述子归一化的处理,降低不同光学影像色调差异大的影响,并通过与最小二乘法和双线性内插法的结合,完成自动配准。选取角度和尺度偏差较大的SPOT与ASTER影像、ASTER与TM影像2组数据进行实验。结果证明,该算法鲁棒性强,配准精度高。     

小物体三维重建中影像与几何模型的配准方法

本文提出了一种快速有效的二维影像与三维几何模型之间的配准方法。首先在平面标定板的辅助下获取所有影像的内外方位元素,其次利用少量的人工控制点做绝对定向,获取影像与三维几何模型之间的配准参数的初始值,最后利用整体互信息测度做Powell方法非线性优化,获取配准参数的精确值。实验表明,经过互信息优化可以获得子像素级的配准精度。本文的方法具有速度快、人工交互少、精度高的特点。     

一种基于结构特征边缘的多传感器图像配准方法

图像配准是多传感器图像融合等处理的前提. 本文以包含人造目标的合成孔径雷达(Synthetic aperture radar, SAR)图像和可见光图像为处理对象, 提出了一种基于结构特征边缘的多传感器图像配准方法. 该方法提取人造目标在两类图像中表现的共性特征---结构特征边缘, 并基于边缘匹配构造虚拟角点, 采用基于特征一致的粗配准方法和基于虚拟角点的精配准方法, 对待配准图像实现由粗到精的自动配准. 实验结果表明, 本文方法能够取得较高的配准精度.     

基于SIFT与互信息筛选优化的遥感影像配准

针对多源多尺度影像配准中存在误匹配率较高和配准精度较低的问题,提出了一种基于（Scale-Invariant Feature Transform SIFT）与互信息筛选优化的影像配准算法。首先,采用SIFT算法进行特征点提取,通过快速最近邻逼近搜索（Fast Approximate Nearest Neighbors Search Library,FLANN）算法完成待配准影像的粗匹配,其次,在初始匹配点周围建立4×4邻域,计算匹配点之间的互信息值,对互信息值较小的匹配点进行剔除,寻求筛选优化后的最优变换矩阵,最后输出与基准影像互信息值最大的配准后影像作为最佳配准结果。实验结果表明：该方法与SIFT算法相比可以有效地剔除误匹配点并提高了配准精度。该方法可以应用于多源多尺度遥感影像配准,能够有效地提高配准精度。