气象卫星图像导航的地标匹配算法研究与优化

对气象卫星图像自动地标导航系统中的地标匹配算法进行了深入研究,采用基于最大相关系数的地标匹配算法来保证匹配精度,综合利用计算优化、搜索优化、并行优化等技术得到优化的地标匹配算法。实验结果表明,该算法能够有效降低算法复杂度,明显提高算法执行效率,同时保证地标匹配的准确性,满足自动地标导航系统的高可靠性和高时效性需求。

三轴稳定型静止轨道遥感卫星指向确定的地标匹配方法

静止轨道遥感卫星与地面处于相对静止状态,但因受到内外部环境的影响,会使得其对地指向发生几何偏差,从而在地面上产生较大的定位误差,因此需要进行有效的修正。本文围绕三轴稳定型静止轨道遥感卫星拍摄地球圆盘时的指向确定问题,提出了一套基于地标匹配的指向计算方法,其中重点解决了作为基准参考的地标数据生成方法、稳健的图像与地标匹配方法,以及基于误差剔除的指向偏差计算方法等。试验表明,该方法对于解决静止轨道遥感图像指向偏差具有较好的精度和稳定性。该技术已经在我国相关卫星数据的在线处理中得到应用。

改进FAST特征点支持下的实时影像地标匹配算法

针对图像匹配技术中匹配时间与匹配精度不能同时满足要求的问题,提出一种基于特征点匹配的方法,利用随机森林分类器实现地标的匹配,将匹配问题转化为简单的分类问题,大大简化了计算过程,保证影像匹配实时性;采用FAST特征点表示影像地标,利用高斯金字塔结构以及仿射增强策略改进FAST特征点的尺度和仿射不变性,提升影像地标匹配率。将实验结果与尺度不变特征变换(SIFT)算法和加速鲁棒性(SURF)算法进行比较。实验结果表明在尺度变化、发生遮挡以及旋转情况下,匹配率能达到90%左右,保持与SIFT算法和SURF算法相近的匹配率,并且匹配时间相较其他两种算法减少了一个数量级,能有效地对影像地标进行匹配,匹配时间也满足实时影像地标匹配要求。

基于卷积特征的场景地标检索方法

针对场景中地理目标的检索任务主要解决在视角变化、光照变化甚至遮挡等情况下对地理目标的检索匹配问题,也称为实例目标检索,使用高性能的卷积网络构建用于实例目标检索任务的三输入孪生网络架构,采用三元组损失函数进行训练,并使用区域建议网络准确定义目标区域,生成准确并具有鲁棒性且固定长度的图像特征向量。检索时根据地理场景的特点采用图像全局特征进行粗检索,采用局部特征进行精检索,并配合查询扩展的方法实现了精确的实例目标检索结果。实验表明,所提方法与其他具有代表性的检索方法相比,在公开数据集测试中取得了有竞争力的结果。

利用多层次格网实现有效地标自动选择

静止轨道气象卫星影像中,有时诸多区域被多云覆盖,特征点无法识别。为了保证地标匹配精度,需要限制地标选择在无云或少云区域,导致有效地标数量不足、分布不均等问题。提出一种对海陆边界整体轮廓建立多层次格网,通过多层次格网相似度量、逐层逼近实现地标区域影像匹配、有效地标自动选择的方法。首先,介绍以格网表达边界线,使用多层次格网度量影像位置偏差;然后,通过多层次格网自动选择待匹配地标影像,设计并实现基于多层次格网的地标影像匹配算法,自动选择有效地标;最后,分析有效地标区域与格网层次、云量间的关系,以及空间分布特征。实验表明,多层次格网匹配算法能够大大增加全圆盘匹配需要的有效地标,且有效地标在全圆盘中的分布更加均匀。

地图辅助行人航迹推算技术的室内定位方法

针对目前室内定位技术中位置漂移、定位结果偏差较大的问题,提出了一种融合行人航迹推算(PDR)、地标匹配修正和地图辅助的室内行人定位方法。该方法利用基于惯性传感器的PDR技术计算行人位置信息,利用行走过程中的传感器读数特征识别室内特定地标点,与地标库数据进行匹配后,修正PDR轨迹产生的累积误差。室内地图辅助主要是通过判断行人是否位于走廊等区域,限制轨迹穿墙,约束PDR定位轨迹。实验结果表明,融合定位算法得到的轨迹优于纯惯性递推算法得到的轨迹,更加接近真实的行走轨迹,定位精度提高了51.2%,平均定位误差降至1.8m,满足室内定位需求。

无人机自主飞行精确定位导航在环境安全中的应用

针对环境安全监测与检测中的不足,提出一种利用无人机自主飞行精确定位导航的方法实现对环境的监测与检测。利用无人机携带便携式检测装备对目标区域进行环境监测与检测,关键在于无人机的自主飞行以及精确定位导航。在无人机自主飞行阶段,利用图像特征以及地理坐标特征实现无人机的自主飞行;在图像匹配阶段,利用特征地标的新方法来进行图像匹配。实验结果表明,该方法具有一定的稳定性和鲁棒性,能够有效地应用于环境安全的监测与检测中。