融合深度特征的无人机影像SfM重建

可靠特征匹配是无人机影像运动恢复结构(SfM)的重要环节。近年来,深度学习被用于特征提取和匹配,在基准数据集表现优于SIFT等手工特征。但是,公开模型往往采用互联网照片进行训练和测试,鲜有用于无人机影像SfM三维重建的性能评价。利用多组不同特点的无人机数据集,本文对比分析手工特征和深度学习特征在无人机影像特征匹配和SfM三维重建的综合性能。试验结果表明,利用公开的预训练模型,结合手工特征的高精度定位和深度学习的特征描述能力,可实现更准确和完整的特征匹配,并在SfM三维重建中取得与SIFT等手工特征相当,甚至更优的性能。

图索引结构词袋模型的无人机影像匹配对检索

无人机影像匹配对选择是提升影像匹配效率和三维重建稳健性的关键技术。针对经典树状索引结构词袋模型存在查找单词效率低、影像相似度计算精度低、时间复杂度高的问题,本文设计了导航小世界(NSW)图索引结构和TF-IDF-Match4算法,并提出了一种基于图索引结构词袋模型(GSBoW)的无人机影像匹配对检索方法。首先,利用SIFT GPU算法提取无人机影像特征,并通过分层K-means进行特征描述子集合聚类生成单词;然后,利用NSW索引结构进行单词组织,即从单词集合中随机挑选单词作为顶点插入图中,同时找到最邻近M个顶点建立顶点之间的边连接关系,直至所有单词插入结束;最后,在GPU端利用NSW索引结构进行最邻近单词检索,并使用TF-IDF-Match4算法计算查询影像与数据集影像的相似度,实现无人机影像的匹配对选择。本文利用3组大规模航空无人机影像进行试验,并与Colmap和DBoW的词袋模型算法进行对比。结果表明,与Colmap和DBoW词袋模型相比,本文的GSBoW检索算法效率分别提高了45和18倍,且显著提高了初始匹配精度。本文方法提供的影像匹配对能够保证三维重建获得更高的精度。

优视摄影测量方法及精度分析

无人机最优路径规划和精准数据采集是复杂城市场景三维重建的关键问题。优视摄影测量利用被摄对象的概略模型,结合密集采样的初始视点生成和采样点可重建性约束的视点优化技术,实现最小数据采集代价下的精确三维模型重建。本文首先研究了优视摄影测量的基本原理;然后利用优视摄影测量技术进行真实场景的无人机影像采集,并结合激光扫描点云进行空三精度分析和Mesh模型质量验证。试验结果表明,优视摄影测量显著提高了Mesh模型的重建质量;对于倾斜摄影难以观测的部分建筑物立面区域,精度提升达到3~5倍;与倾斜摄影相比,优视摄影测量能建立稳健影像连接,实现较高的绝对定位精度。

基于虚拟点模型的机载LiDAR系统自动检校方法

提出一种全自动的LiDAR系统误差检校方法。针对传统检校方法大多依赖手工提取几何特征,自动化程度低且对于实际数据的适应性差等不足,尝试建立一种基于特征点对应的新型检校方法,以发挥点特征数量丰富易于提取的优势,提高检校算法的自动性和实用性。首先提出虚拟连接点模型,解决了离散点云间的同名点对应问题;其次利用LiDAR数据的强度信息,设计了同名点自动提取流程;最后采用真实数据,并与基于共面约束的检校方法进行对比试验,证明了本文方法的可行性和有效性。

Delaunay三角网约束下的影像稳健匹配方法

影像匹配是数字摄影测量和计算机视觉领域的关键问题。本文主要研究基于Delaunay三角网约束下的稳健影像匹配方法。首先利用Delaunay三角网对随机初始匹配点进行组织,构建分布均匀、结构稳定的局部连接关系;其次利用线段描述子和空间角度顺序建立了局部辐射和几何约束模型,并将粗差剔除问题转换为分析Delaunay三角网和对应匹配图的相似性问题;然后利用对应三角形局部约束实现匹配扩展;最后在分层策略和交叉验证策略下实现稳健影像匹配。利用3组数据集进行大量的匹配试验,结果表明本文的匹配算法即使在高外点率下依然能够实现稳健粗差剔除,得到高精度的影像匹配结果。

基于UCMap移动平台的管线GIS系统设计与实现

移动GIS系统具有信息获取和分享的实时性、便携性。在简要介绍UCMap平台的基础上,进行详细的需求分析和系统设计,实现一款移动GIS系统。该系统集成天津市静海县城区的管线数据,具有数据浏览、信息查询、野外定位和拍照等功能。结果表明:选择的开发平台和模式能够很好地满足实际应用需求,具有开发周期短的优势。

半严格模型在机载LiDAR系统自动检校中的应用研究

机载LiDAR系统检校的目的是消除系统误差的影响,提高原始点云数据的精度。在对飞行条件进行一定假设的前提下,激光扫描直接定位的严格模型可以简化为半严格模型,降低了系统检校模型对于原始观测数据的依赖。考虑到人工交互方式建立条带之间对应关系的缺陷,本文提出顾及点云特征的改进ICP算法获取条带之间的变换关系,建立了机载LiDAR系统的自动检校流程。采用包头检校场的真实LiDAR数据进行试验,结果表明本文提出的系统检校流程可以很大程度上消除系统误差的影响。

大鼠视皮层中脑源性神经营养因子及γ-氨基丁酸表达的年龄相关性变化

目的比较不同年龄组大鼠初级视皮层中脑源性神经营养因子(BDNF)及抑制性神经递质γ-氨基丁酸(GABA)表达的年龄相关性变化,为探讨老年性视觉功能衰退的细胞分子机制提供线索。方法 Nissl染色显示视皮层分层并用于神经元计数;免疫组织化学法标记大鼠视皮层中BDNF及GABA免疫阳性神经元。光镜下观察并用Image-Pro Express 6.0分析软件进行细胞密度统计和免疫反应吸光度值测量。结果青年、中年及老年组(每组n=6)大鼠初级视皮层各层的神经元平均密度差异不显著;但与青年组大鼠相比,中年组及老年组大鼠初级视皮层各层中BDNF及GABA免疫阳性神经元密度显著下降,BDNF及GABA免疫反应强度明显减弱;与中年组大鼠相比,老年组大鼠视皮层各层中BDNF及GABA免疫阳性神经元密度及其反应强度亦明显降低。在衰老过程中,大鼠初级视皮层各层内GABA表达的减少与BDNF表达的降低具有高度的相关性。结论大鼠初级视皮层中BDNF和GABA的表达随着衰老出现进行性下降,衰老过程中BDNF分泌的减少可能引起脑内抑制性神经递质GABA表达下调,这可能是介导老年性视觉功能衰退的重要途径之一。

氯胺酮和乌拉坦对猫视皮层细胞中刺激诱导的c-fos表达的影响

氯胺酮(ketamine)和乌拉坦(urethane)对神经细胞活动的影响大小和机制尚存在争议。c-fos是刺激依赖表达的立早基因(immediate early genes),其表达量可反应神经细胞活动的强弱。该研究通过免疫组织化学方法比较观察乌拉坦和盐酸氯胺酮急性麻醉对猫初级视皮层细胞中刺激依赖的c-fos蛋白表达的影响。结果显示,氯胺酮组和乌拉坦组初级视皮层各层神经元密度与对照组无显著差异;乌拉坦组视皮层c-fos蛋白免疫阳性细胞密度和免疫反应强度与对照组无显著差异;而盐酸氯胺酮组视皮层细胞中c-fos蛋白免疫阳性细胞密度及免疫反应强度均显著降低。即氯胺酮对视皮层细胞反应的抑制作用较强,而乌拉坦的抑制作用不显著。

探析基于单元教学设计的高中生物学概念教学

中学生物概念是生物学科知识结构的基础。概念是思想的一种形式,也是判断与推理的起点,因此概念性教学在培养学生思维能力方面具有重要作用。要让学生真正理解该概念的内涵和外延,需要通过区别相似概念,归纳相关概念,最终构建起自己的概念体系。

基于Skyline和IDL平台的地质数据三维可视化研究

地上地下信息三维可视化在地质勘探中具有重要作用。首先研究了地质数据建模的主要方法;在分析和比较当前主要三维可视化平台的基础上,基于Skyline和IDL开发平台进行了详细的系统设计;最后,开发和实现了集地上地形地貌信息和地下地质数据的三维可视化分析系统。结果表明,文中的设计方案能够很好地集成地质勘探中的地上地下信息,实现三维可视化分析。

人体交互装置的专利技术综述

人机交互的用户体验度一直是研究人员关注的焦点,利用头部跟踪、视觉跟踪、手戴式装置、神经系统活动检测的人体交互方式将会更加便捷与自然。文章对国内外人体交互装置的相关专利申请数据的统计与分析,对该领域的重要申请人以及重要专利进行详细的阐述,最后对人机交互的未来发展进行了展望。

GNSS约束的长航带无人机影像自检校方法

相机自检校直接决定无人机影像空三的精度。沿输电线路走廊采集的长航带结构无人机影像是一种典型的退化配置,对其自检校容易出现“碗状”效应。为解决该问题,传统方法往往依赖较多控制点,而提出的自检校方法仅需一个控制点。首先研究经典物理模型和最新的数学模型;然后在增量式SfM(structure from motion)框架下,设计了一种联合无人机影像相机检校参数初始化和高精度差分全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)位置信息辅助的相机自检校方法。利用两个实验区域不同采集模式下的4组无人机电力走廊影像进行无控制约束以及单个控制点约束的相机自检校实验。结果表明,提出的相机自检校策略在无控制点约束时,可以有效缓解长航带结构空三的“碗状”效应,减轻模型的弯曲程度,提高自检校空三的绝对精度;单个控制点约束自检校时,水平和高程精度均优于0.06 m。与当前主流开源和商业软件对比,该算法能够得到相当或更高精度。

特征聚类与霍夫投票约束下影像匹配粗差剔除

针对一些地物几何形态复杂的大比例尺无人机遥感影像,传统影像特征匹配算法难以高效处理粗差,影响后续定向和建模的问题,本文基于特征点聚类与霍夫投票策略,提出一种面向复杂场景的自动粗差剔除方法:①基于DBSCAN密度聚类将初始匹配点划分为几何关系一致的对应簇,避免单一几何变换模型无法模拟影像对复杂几何变形的问题;②使用RANSAC严格几何估计剔除各簇对的外点,并对簇中特征点构造基于三角形面积比值的霍夫投票,以此建立簇对之间的隐式几何变换模型,从而达到区分内点与外点的目的;③利用精匹配结果构造基于Delaunay三角网的匹配扩展,恢复误剔除的匹配点。利用近景数据集和无人机影像,并与其他粗差剔除算法进行了试验和对比分析。结果表明,本文所提出算法能够实现高外点率下的稳健粗差剔除,并很好地满足无人机影像SFM三维重建需求。

无序无人机影像的并行化SfM三维重建方法

增量式运动恢复结构(ISfM)已成为无人机影像三维重建的关键技术。然而,大数据量、大重叠度和高分辨率的无序无人机影像导致的匹配对检索代价大、迭代优化误差累积和效率低的问题,使其难以满足大场景ISfM处理需求。本文提出联合全局描述子和图索引的无人机影像并行化SfM方法。针对影像特征数量大、影像检索编码本尺寸增加导致的匹配对检索效率低的问题,设计了联合全局描述子和图索引的高效影像检索方法,从而加速影像匹配。针对分块并行化SfM子场景合并存在同名点搜索效率低、内存消耗大、合并解算精度低的问题,设计了基于按需匹配图和双向重投影误差的子场景合并方法,实现无人机影像的并行化SfM重建。利用不同场景、不同采集方式获取的真实无人机影像进行试验,结果表明本文方法能够实现36~108倍加速比的匹配对检索,ISfM重建效率达到30倍加速,且相对定向和绝对定向精度与传统方法相当。

无人机影像增量式运动恢复结构研究进展

增量式运动恢复结构(structure from motion, SfM)已经成为无人机影像空中三角测量的常用解决方案。考虑到无人机影像的特点,增量式SfM在效率、精度和稳健性方面的性能有待提高。首先给出了增量式SfM无人机影像空中三角测量的技术流程,然后从特征匹配和几何解算两个方面对其关键技术进行了综述,最后从数据采集方式改变、大场景影像处理、通信与硬件技术发展、深度学习融合等方向,展望了增量式SfM无人机影像空中三角测量的挑战和后续研究,总结本领域的现有研究,为相关研究者提供参考。

优视摄影测量与泛在实景三维数据采集:以实景三维青岛为例

面向实景三维建设的广阔需求,提出了一种新型无人机摄影测量技术,即优视摄影测量。分析说明了优视摄影测量的技术原理,以多种方式获取的三维概略模型为规划依据,结合立体观测采样和可观测性约束分析生成和优选出航摄视角,进而形成对应的航摄路径;针对大测区应用与无人机作业能力有限的矛盾,以航线划分的方式从精细规划端给出了多无人机协同施测的解决方案;以实景三维青岛建设中的城市核心区为测试场景,实现了面向大范围复杂城市场景的优视航测多机协同实景三维数据采集实施验证,分别进行了分区块及全区整体的实景三维重建,并与专业化倾斜航测系统生成的实景模型进行对比分析。结果表明,优视摄影测量技术模式下生成实景三维模型的精细度具有显著提升。在保证高质量输出的前提下,该技术模式可驱动轻小型航摄设备实现较大范围复杂区域的实景三维数据采集,并通过协同施测提高作业效率。以优视摄影测量为技术内核,可进一步延展为面向多方向、多领域的泛在实景三维数据采集技术应用模式。

面向无人机倾斜影像的高效SfM重建方案

针对无人机影像分辨率高、数据量大导致稀疏重建效率低的问题,提出了一种减少影像匹配对数量、提高外点剔除效率的算法。首先利用无人机飞控数据、相机安装角计算影像的粗略POS(positioning and orientation system)信息;然后基于拓扑连接分析设计了最大生成树算法(maximum spanning tree expansion,MST-Expansion),最大程度地降低影像配对数;考虑到初始匹配的高外点率,设计了分层运动一致性约束(hierarchical motion consistency constraint, HMCC)算法,提高几何验证算法的效率。4组不同倾斜设备采集的无人机影像的实验结果说明,该方案能够在保证重建精度的前提下,实现无人机倾斜影像高效和稳健的稀疏重建。

顾及城区机载LiDAR数据特征的配准算法

条带配准是点云数据处理的一个重要环节。文章介绍了经典ICP配准算法的基本原理;考虑到城区机载LiDAR数据中地物的组成、空间分布等特征,提出了一种ICP算法中对应点集的选择策略,并建立了城区机载LiDAR数据的自动配准流程。利用河南安阳试验场的真实点云数据进行配准实验,结果表明在不需要人工干预的情况下,可以很好地将条带数据拼接在一起,建立无缝点云数据。

依托无人机倾斜摄影的电力走廊三维重建

电力线路走廊三维重建能够为线路巡检提供重要信息。针对电力走廊倾斜摄影几何需求和地面覆盖要求,该文设计和实现了一套数据采集设备,并实现了面向电力线路走廊三维重建的数据采集和处理。实验结果表明,该文设计的数据采集设备与无人机平台集成,能够较好地获取电力杆塔及其附属设施的航拍影像,实现电力线路走廊与电力设施的三维重建。