直升机电力巡线系统中利用核线约束进行线路三维重建

在基于多角度成像技术的直升机电力巡线系统中,为了完成线路预警需要计算导线与周围物体的相对距离,除需要生成线路走廊所在地区的数字地面模型外,还必须提取三维线路信息.因此,提出了一种利用核线约束对线路中间隔棒进行三维重建的方法,进而可以重建整条电力线的三维信息.现场飞行实验表明,应用所提出的方法可以准确重建电力线路的三维信息,使得系统的物线距离测量达到巡线需要的0.5 m精度要求.

基于RPC近似核线约束的CE-1影像匹配方法

"嫦娥一号"(简称CE-1)是中国自主研制并发射的首个月球探测器,卫星搭载的传感器是一个三线阵CCD立体相机,其主要科学目标是获取月球表面三维影像。根据三线阵影像以及月面影像的特点,为了能够得到密集度较高且分布均匀的同名点对,采用了一种基于RPC近似核线约束的影像匹配方法,结果表明基于核线约束的影像匹配方法较之传统二维影像匹配总体耗时短且具有较高的精度与可靠性。

基于核线约束的物方密集匹配方法在输电线路工程中的应用

基于核线约束的物方密集匹配方法采用基于像—物空间关系的匹配策略,通过同时匹配多景影像来直接获取地形和地貌要素的特征信息。该方法可应用于输电线路工程中生成DEM和DOM。对生成的DEM数据进行滤波处理,并对该方法、传统的航空影像匹配方法生成的DOM采集地物坐标与GPS-RTK测量结果进行精度对比,结果表明,该方法能够有效提高DEM和DOM的精度。

POS辅助和核线约束的倾斜影像匹配方法

针对无人机倾斜影像匹配时,由于冗余数据量大、影像几何变形大和重复纹理导致基于SIFT特征点的无人机倾斜影像匹配效率和可靠性低的问题,本文提出一种基于POS辅助和核线约束的倾斜影像匹配方法。在该方法中,首先利用机载GNSS/IMU设备获取的影像POS数据计算影像间在物方的重叠区域,接着将物方重叠区投影至像方,根据两幅影像的像方重叠率筛选高可靠像对;其次采用SIFT-GPU算法对影像提取特征点,并根据POS数据估计像对间的核线关系;然后在核线约束下,以描述子间的欧氏距离为相似性测度,实现特征点的高效稳健匹配;最后采用RANSAC算法剔除误匹配。通过对两组倾斜影像做匹配试验验证了本文方法的可行性。

单应约束与核线约束对于影像匹配精度的对比

数字影像匹配是摄影测量作业的关键环节，其精度影响后续前方交会、生成DSM的质量。单应约束和核线约束作为两种基于先验同名点的约束准则，在提高匹配精度的同时也能提高匹配效率。本文首先对重叠的、有严重几何变形的两张影像进行特征匹配，得到可靠的高精度同名点；然后进行单应约束与核线约束实验，对比两种约束方法的精度。结果表明，在同等条件下，核线矩阵约束比单应矩阵约束精度高；同时，本文也为匹配约束中像素偏移阈值的选择提供了参考依据。

利用局部仿射不变及核线约束的近景影像直线特征匹配

针对近景影像中直线因遮挡、提取算法等带来的匹配问题,提出了一种基于局部仿射不变及核线约束的直线特征匹配方法。该方法在对立体近景影像进行同名点匹配及直线特征提取的基础上,首先利用直线特征与邻域内以同名点为端点的虚拟直线段的相交仿射不变性进行候选同名直线的搜索,再借助核线约束确定目标直线与候选同名直线的重叠部分,然后通过直线特征的角度及支撑域灰度的综合相似性测度进行匹配,得到正确的同名直线。利用该方法对不同几何变换下的近景影像进行实验,结果表明,本方法具有较好的可靠性和准确性。

基于几何约束的倾斜影像特征匹配方法

针对倾斜影像视角变换较大、重复纹理导致匹配数量少、匹配精度不高的问题,提出一种适用于倾斜影像的特征点、线分级匹配方法.首先,用直线提取(检测)算法(LSD)获取影像直线特征,并将直线特征以一定约束进行直线组对,构建直线对区域与改进的SIFT(scale-invariant feature transform)特征描述符进行匹配,使用RANSAC算法剔除误匹配,获得初始匹配结果后再进行核线约束;然后,利用已获得直线对区域进行影像局部纠正,在纠正后的局部影像上采用SIFT匹配并反算回原始影像,利用得到的同名点全局纠正倾斜影像,并进行特征点匹配与采用基于方格的运动统计算法(GMS)剔除误匹配,仍将匹配结果反算回原始影像上;最后,将仿射尺度不变特征变化结果与点拓展匹配结果进行合并,得到最终匹配结果.试验结果表明:本文方法匹配正确率与经典的仿射不变匹算法(ASIFT)的正确率相差不大,但匹配数量却是ASIFT算法的1倍~3倍.

一种核线约束模型优化与可靠性匹配方法

针对基于随机抽样一致性(RANSAC)算法的影像误匹配剔除须大量迭代逼近,计算量大,耗时长等问题,该文提出改进的核线约束模型及误匹配剔除方法。根据现有的影像匹配方法,该文选取了在重复度、独特性、鲁棒性3个方面均优越的加速稳健特征(SURF)算子。通过构造核线约束方程,对粗匹配结果排序后进行均匀采样,使得最终的核线模型更具鲁棒性;进而在双向核线约束过程中确保了匹配对的可靠性,实现了误匹配的剔除。实验结果表明,该文提出的基于最小截平方和(LTS)的核线约束模型在剔除误匹配的速度以及稳定性方面都优于现有方法。

结合同名点及核线约束的近景影像直线匹配

针对影像间尺度变化、直线提取断裂、直线邻域纹理断裂引起的近景影像直线匹配难题,该文提出一种结合同名点及核线约束的近景影像直线匹配算法。该算法在已有同名点和直线提取结果的基础上,首先确定目标直线两侧离目标直线距离最近的同名点,利用其在右影像上对应的同名点连线得到的虚拟直线为基准构建矩形候选区;其次,分别计算左、右影像上同名点连线得到的虚拟直线与待匹配直线的夹角,根据两角度差值进一步对候选直线进行筛选;然后,利用核线约束计算目标直线和候选直线的重叠部分,并以此为中心构建直线支撑域,统一两支撑域窗口尺寸,根据窗口灰度相关确定同名直线;最后,采用距离约束对匹配结果进行检核完成直线匹配。选取具有不同几何变换的三组近景影像进行直线匹配实验,结果表明该文方法能获得可靠的直线匹配结果。

运动平滑与核线约束的特征匹配提纯算法

针对基于最近邻距离比率约束和几何条件约束的影像特征匹配方法,在处理重复纹理影像以及视角和尺度变化大的宽基线影像时,存在匹配正确率低和匹配点对数量少的问题,设计了结合运动平滑约束与核线约束的AKAZE特征匹配提纯算法。①为提高影像特征的不变性、显著性和时效性,采用AKAZE算子提取影像特征,经暴力匹配快速构建初始匹配集;②基于网格运动统计区分真假匹配,剔除不能满足运动平滑约束的匹配点对;③为消除局部相似特征引起的误匹配,采用核线约束提高匹配纯度。实验结果表明:所提算法实现了重复纹理影像、倾斜影像和宽基线影像同名点对的高精度匹配,增加了匹配点对数量,拓展了特征匹配的适用范围。

结合几何约束和梯度描述子的直线段匹配

针对无约束条件下直线匹配的可靠性问题,提出了一种结合几何约束和梯度描述子的直线段匹配算法。该算法在已有同名点和直线提取结果的基础上,首先结合同名三角网和核线约束确定候选直线;其次以目标直线为基础,利用其端点核线确定候选直线与目标直线对应的重叠段区域;再次分别以目标直线和候选直线对应的重叠段为基础,构建直线平行支撑域,对目标直线和候选直线构建高斯卷积梯度幅值的均值-标准差描述子;最后结合欧氏距离和最邻近比值(NNDR)确定最终同名直线。选取具有不同类型的影像对进行匹配试验,结果表明,本文方法能获得可靠的直线匹配结果。

基于几何约束与局部描述的航空影像直线匹配

针对航空影像场景复杂,干扰直线匹配的不确定因素较多的问题,本文提出了基于几何编组与局部均值标准差直线描述符(MSLD)的直线匹配算法。首先,利用直线检测器(LSD)获得影像的直线特征信息,将直线与直线间的几何特征作为约束条件进行编组,获得两幅航空影像的直线对;其次,运用核线约束确定候选直线对,并依次构建参考与候选直线对的支持区域,利用仿射不变性统一支持区域的大小,借助MSLD进行直线对外观的局部描述;然后,结合欧氏距离与最邻近比值计算航空影像中直线描述符间的相似性,进而确定匹配结果;最后,结合共线约束完成对匹配结果的检核,获取精确的同名直线。试验选择不同场景类型变换下的航空影像数据,结果证明了本文算法可以较好地应对航空影像直线匹配效果不佳的现象。

直线对几何特征约束的近景影像特征匹配

针对直线匹配过程中线特征提取不完整以及缺乏考虑邻近直线相关性,提出一种直线对几何特征约束的近景影像特征匹配方法:首先,利用直线检测算法(line segment detector,LSD)对参考影像和搜索影像进行直线提取,并对提取的直线进行特征编组获得特征直线对;然后,将特征直线对作为匹配基元,依次运用双重核线约束、仿射变换约束、最优相似性原则确定同名直线对;最后,根据同名直线对中2条直线端点与其邻域内同名点的距离关系拆分同名直线对,利用仿射变换约束整合拆分过程中对应不一致的单直线,得到最终匹配的同名单直线。为了验证该算法的有效性与可靠性,选取4组人工建筑物特征变换近景影像进行实验,验证了该算法在直线匹配过程中具有一定的稳健性和普适性。

直线特征立体匹配中的不确定性问题

直线特征断裂和提取不完整、过提取是直线特征提取结果中常见的不确定性问题,是影响直线特征立体匹配结果的关键因素。提出一种以边缘检测结果为依据定量描述这些不确定性的方法,依据已提取直线特征延长线附近边缘点分布,定义直线特征端点定位的概率密度函数,以单条直线特征的不确定性描述为基础,计算断裂直线特征编组假设的可靠性测度,进而计算用于衡量立体图像中任意两条直线特征匹配假设可靠性的核线约束测度和灰度相似性测度。应用真实遥感立体图像,对比已有方法,结果证明了本文方法能够有效提高直线特征匹配结果对于两类直线特征提取不确定性问题的抑制能力。

迭代三角网约束的近景影像密集匹配

针对传统稀疏匹配难以满足高精度三维建模需要,本文提出一种迭代三角网约束的近景影像密集匹配算法。与传统静态基于区域增长的"片-片"的匹配传播方式不同,本文采用动态三角形更新的匹配传播方式。该算法利用SIFT匹配获得的稀疏可靠同名点,在左、右影像上构建Delaunay三角网,将左影像上面积大于一定阈值的三角形的重心作为匹配基元,结合同名三角形区域约束、核线约束、灰度相关约束等对其进行匹配。在依次遍历左影像上每个三角形之后,将匹配产生的新的同名点结合初始同名点整体构建Delaunay三角网。迭代进行上述匹配,直到新一轮匹配过程中没有新的同名点产生,迭代停止。选取三组典型的近景影像对进行匹配实验,验证了本文算法的可靠性,且对不同类型的近景影像都具有较好的适应性。

结合区域仿射变换的MSLD描述子与直线段匹配

针对直线匹配过程中直线描述子的稳定性问题,提出一种结合区域仿射变换的MSLD直线描述子用于直线段匹配。匹配在同名三角网和核线约束基础上,首先对左影像上目标直线建立直线平行支撑域;再根据目标直线段两端点及其平行支撑域四角点的核线确定候选直线对应区域及其平行支撑域;然后根据目标直线支撑域长度和宽度对目标直线和候选直线平行支撑域分别进行仿射变换,建立目标直线和候选直线的MSLD特征描述子;最后结合欧式距离和最邻近比值(NNDR)确定最终同名直线。选取具有不同类型纹理特征的近景影像进行实验,结果表明,本文方法能获得可靠的直线匹配结果。

三角网约束的立体影像密集匹配方法

文中总结了基于三角网约束的立体影像密集匹配方法。本次实验采用核线影像,首先在核线影像上使用SIFT算子匹配出一部分可靠的种子点,然后用这些种子点构建Delaunay三角网。该网络能够将所加密的点的位置范围作为一个约束,根据左右影像上同名三角网的位置、左影像上某一三角形重心位置、该三角形在右影像上的对应的三角形的重新坐标,以及左侧重心在右侧像方影像的核线,在核线约束与灰度相似性约束的两层限制下,完成点-点的匹配工作。本文采用Matlab程序实现对待匹配三角形重心的加密,运用核线约束方法,将点匹配的搜索区域由二维降到一维,不但能缩小搜索范围,提高工作效率,而且很大程度上降低了错误发生的概率,既能使得算法的运算速度得以提升,又能使其匹配精度得到较大的改善。

顾及拓扑关系的立体影像直线特征可靠匹配算法

针对单直线匹配过程中缺乏考虑邻近直线特征之间关系,纹理断裂处单一直线描述符的弱可靠性,提出了一种顾及拓扑关系的立体影像直线特征可靠匹配算法。该算法首先根据直线间距离、角度等基本拓扑关系对参考影像、搜索影像上提取的直线进行编组;然后将编组得到的直线组作为匹配基元,充分利用直线特征组内的拓扑关系,依次采用核线约束、单应矩阵约束、象限约束、不规则三角形区域灰度相关约束对其进行匹配;最后将同名直线组分裂为两对同名单直线、并对分裂后的结果进行整合、拟合、检核等后处理,得到"一对一"的同名直线。选取典型纹理特征的航空影像和近景影像进行参数分析及直线匹配试验,结果表明,本文算法能获取可靠的直线匹配结果。

视差松弛传播约束的倾斜影像特征匹配方法

航空倾斜影像已成为大规模城市三维重建的主要数据源,然而由于倾斜影像存在较大的俯仰、横滚角,影像之间差异较大,其自动特征匹配仍存在明显的可靠性问题,交互式转刺同名点仍必不可少。已有交互式同名点方法通常仅依赖于核几何信息,其约束相对较弱,半自动匹配成功率较低。提出一种顾及视差松弛传播约束的倾斜影像核几何特征匹配方法,基于视差连续性假设,通过已知同名点拟合一张可近似表达物方视差信息的薄板样条函数,并结合核线信息,确定合适的搜索区域。对搜索区域按距离可靠性排序,根据几何顺序进行模板匹配,直至相关系数满足阈值。经试验证明,本文方法较传统核几何特征匹配方法,其匹配速度、可靠性均有显著提升,为倾斜影像后续应用提供保障。

改进AKAZE算法的泥石流区无人机影像特征匹配

针对在泥石流区灾害应急中使用无人机高分辨率影像特征匹配时时效性较低的问题,本文提出了一种改进AKAZE无人机影像特征匹配的算法。该算法首先使用AKAZE特征点检测算法提取局部稳定不变特征,用二进制描述符BEBLID描述检测到的特征点,采用最近邻次近邻距离比(NNDR)完成初步匹配;然后采用核线几何约束计算变换矩阵,达到内点提纯、提高匹配质量的目的;最后选取5组同一无人机序列影像进行特征匹配试验,分别与经典SIFT算法、AKAZE算法、ORB算法进行比较。试验结果表明,该方法的匹配准确率与SIFT算法接近,略高于AKAZE算法,明显优于ORB算法,计算速度明显优于SIFT算法和AKAZE算法,基本达到ORB算法的计算效率。本文方法能较好地应用于对匹配精度和匹配时效均要求较高的泥石流场景无人机影像数据处理中。