面向弱纹理空间目标的特征点匹配方法

特征点提取与匹配是遥感图像处理中关键的一环,目前成熟的算法大多面向对地成像类型的遥感图像,对于空间目标的遥感图像,没有考虑成像条件与探测平台的影响因素,特征点匹配质量较差。针对空间目标的匹配精度不高这一问题,文章提出了一种基于聚类的特征点匹配算法。首先,根据空间目标的重复弱纹理进行特征点提取与描述,再利用特征点的空间位置进行聚类,并对特征点簇进行匹配;之后将特征点的主方向减去目标整体方向,利用特征点主方向对每一个点簇进行再分组,并完成特征点匹配;最后利用最近邻次近邻比率方法和随机样本一致算法(RANSAC)剔除外点。采用该特征点匹配方法进行的模拟成像数据实验结果表明,对于空间目标图像,基于聚类的特征点匹配较直接匹配,匹配数量的提升最高可达50%,重投影误差优于1/4个像元。文章提出的这一方法使用目前通用的各种特征描述子,能够大幅度提高空间目标图像特征点匹配的数量与精度。

考虑点云骨架特征的未知物体六自由度抓取

针对机械臂在非结构化环境下对未知物体生成稳定抓取位姿困难的问题,文章提出一种基于点云骨架特征的未知物体六自由度抓取方法。首先,通过深度相机获取包含物体的场景单视角点云,并在物体表面随机采样得到初始采样点,设计考虑L1中值骨架提取的迭代移动采样算法,保证抓取点最终均匀排布在物体的骨架上;然后,利用骨架点的分布信息和骨架点周围点云的几何信息生成候选抓取位姿,根据抓取器与物体之间的位置关系,使用启发式评价函数评估抓取位姿,从而保证位姿的最优化采样;最后,对不同形状的物体进行仿真实验和实际抓取试验。测试结果表明,文章所提方法可以对常见物体生成稳定的抓取位姿,并能有效拓展到更多形状复杂的未知物体。

大跨度空间结构多维多点非平稳随机地震反应分析

对大跨度空间结构进行三向正交地震动多点激励下的非平稳随机地震反应分析。建立了多维多点随机非平稳地震动激励下的地震反应分析方法,并针对大跨度空间结构引入了波前法进行简化计算。数值仿真分析了天津奥林匹克中心体育场屋盖结构分别在一维随机地震动或三维随机地震动的一致激励、行波激励以及考虑部分相干效应和地震非平稳性的多点激励下的地震反应,结果表明:考虑地震动空间效应会使结构控制杆件内力增大约30%;考虑部分相干效应会使结构杆件内力变化约10%;考虑多维地震输入会使结构控制内力增大约15%;考虑地震动的非平稳性会使结构杆件内力减小约35%。由此可以得出结论,对于大跨度空间结构的地震反应分析,必须考虑地震动的多维输入和多点激励;然而不考虑地震动的非平稳性,其抗震设计偏于安全。

黄土沟谷特征点簇及其空间结构模型研究

对黄土沟谷形态结构和发育演化起核心控制与标定作用的,是一系列具有自组织结构的特征点集。针对该特征点集,提出黄土沟谷特征点簇的概念,对其组织要素和基本特征进行了分析;研究创建一种采用非结构化、且能够有效表达拓扑结构与空间信息的黄土沟谷特征点簇空间结构模型;对基于DEM数据获取的一个典型黄土小流域沟谷特征点,运用创建的点簇模型建立了具体的黄土沟谷特征点簇;最后,以点簇中的特征点追溯查找为例,验证了所创建的黄土沟谷特征点簇的应用价值。

空间相关多点非平稳地震动合成及其对大跨结构响应的影响

首先引入具有统计参数的时-频包线函数,近似模拟地震动频率的非平稳特性,建立了能够匹配多目标的空间相关多点非平稳地震动拟合方法,实现了近似定量控制输入地震动特性的目标;然后以天然地震动为种子,分别采用3种不同的包线函数基于多个拟合目标进行地震加速度时程的模拟,建立了满足不同频谱特性的地震动输入方案;最后分别采用一致和多点地震动输入模式,对大跨结构进行非线性响应分析。结果表明:(1)建立的空间相关多点非平稳地震动拟合方法,能够较好地模拟地震动频率非平稳特性及空间变化,且拟合精度较高,能够实现对输入地震动的定量控制;(2)具有统计参数的时-频包线函数能够较好地表征地震动频率非平稳特性,与真实地震动频率随时间的变化规律符合较好;(3)无论采用一致或多点地震动输入模式,仅考虑地震动强度非平稳特性,存在低估结构非线性响应的风险;(4)对于大跨结构,一致地震动输入模式存在低估桥梁结构位移响应的风险。因此,大跨结构抗震分析中应合理刻画地震动时间-空间耦合特性,估计结构的非线性响应,保证结构设计的安全性。

空间非编码标记特征点中心定位方法与比较

归纳总结了应用于可见光测量的空间标记非编码设计原则,例举了棋盘格型、栅格型、圆型等3种典型的非编码标记图案设计,分别阐述了各标记特征点中心定位方法和计算过程,开展了对比试验,结果表明:圆型非编码标记图案设计及其特征点中心定位精度明显高于其他两种图案,其图案设计简捷、特征点突出易于识别、在像平面中呈现各向同性、点中心定位精度高、计算速度快、噪声抑制能力强。

多点输入下大跨空间网格结构的非平稳响应分析

将地面运动加速度表示为调制函数和零均值的平稳随机函数的乘积,并与虚拟激励法相结合,计算了大跨空间网格结构在这种激励下的时变功率谱和时变方差响应,并考查了多点输入和一致输入下结构非平稳响应的差异和多点输入下结构平稳和非平稳响应的差异以及视波速、结构跨度和阻尼比等对其差异的影响.同时,计算还表明虚拟激励法是一种高效且精确的方法,非常适合分析大跨度空间网格这样复杂结构在多点输入下的非平稳随机地震响应.

多点输入下大跨空间索结构的非平稳响应分析

将非平稳地面运动的加速度表示为零均值的平稳随机函数乘以调制函数的形式,借助于虚拟激励法,解决了计算量与精度的矛盾,计算了大跨空间索结构的随机地震响应,即时变加速度功率谱和时变位移方差,比较分析了多点和一致2种输入方法下索结构非平稳响应的差异及多点输入下结构平稳和非平稳响应的差异,并且分析了视波速、结构跨度和阻尼比等因素的影响。通过分析可以看出虚拟激励法对于分析大跨度空间索结构的非平稳随机地震响应是非常适合的,而且是高效的。

河西走廊“点—轴”结构的空间特征分析

河西走廊地域狭长,城市沿陇海—兰新线呈"点—轴"空间布局。认识河西空间特征,对整合城市经济,发挥河西五市的先导效应,带动区域经济快速发展具有深远意义。本文以"点—轴"理论为依据,对河西走廊的空间结构特征进行了分析。

咸宁市非物质文化遗产结构及空间分布影响因素——基于3级103项数据的分析

基于咸宁市国家、省、市3级103项非物质文化遗产数据,使用Arc GIS10.3空间分析、数理统计等方法,对咸宁市非物质文化遗产的结构和空间分布特征进行统计分析。研究表明:咸宁非物质文化遗产具有类型结构较齐全,空间分布差异化明显等特征,其中传统技艺类、传统医药类、传统音乐类非遗项目挖掘保护较充分。咸宁市非物质文化遗产集中分布在一个主核心区和一个次核心区,形成了以通山县与咸安区为核心的2个高密度核心圈,不同地区非物质文化遗产数量差异显著。最后,从自然环境、人文历史、政府管理等方面分析了影响咸宁市非物质文化遗产空间分布的因素。

基于点云的空间非合作目标结构识别问题研究

在空间非合作目标捕获任务中,从传感器数据中识别出目标表面的可抓取结构是一个有待解决的问题。以卫星点云数据集作为对象,对4种基于神经网络算法(PointNet、PointNet++、SPLATNet和SO-Net)在卫星结构分割识别任务中的性能进行了比较分析。为了能够更好地测试算法性能,基于NASA在线数据库构建了训练测试数据集,并给出一种点云数据的快速构建方法。使用该方法,可以实现成批量地生成点云数据。仿真测试结果显示:PointNet++在卫星完整点云数据集和非完整点云数据上的分割准确率都是最高,并且分割效果也优于其他算法。

新疆非物质文化遗产结构特征、空间分布及集聚发展研究

新疆作为古丝绸之路上东西方多元文化的交汇点,中华传统文化资源丰富、类型多样、元素多元。文章运用数理统计、Arc GIS空间分析方法和空间自相关分析方法,对新疆的国家级和自治区级非物质文化遗产项目的结构特征、空间分布特征、集聚发展进行梳理和分析。研究结果表明,新疆非物质文化遗产的级别结构具有以自治区级为主,国家级相对较少的特征,新疆非物质文化遗产的类型结构主要以传统技艺、民俗和传统音乐项目为主,空间分布以北疆西北部区和南疆西南部区为主。各地(州、市)地域面积差异较大,非物质文化遗产密度分布方面呈现出少数县市集聚、多数县市集聚不明显的发展态势。今后需要加大对非物质文化遗产项目挖掘的力度、不断提升集聚区域的文化内核,并充分发挥其扩散效应,辐射带动周边区域的发展。

空间网格结构多维多点随机地震响应分析的高效算法

将林家浩教授提出的"虚拟激励法"进一步推广应用于空间网格结构多维多点非平稳随机地震响应分析,推导了多维虚拟激励随机振动分析方法的理论公式,给出了峰值响应估计方法,并讨论了多维地震动的随机模型及参数选取,通过编制的专用计算机程序分析了网壳结构的随机地震响应。本方法自动包含了参振振型间及各输入地震分量间的相关项,计算精确、快速,非常适合分析频率密集型空间网格结构的随机地震响应,是一种高效的随机振动分析算法。

基于结构光的空间大目标特征重构与位姿测量

针对因缺少空间非合作大目标的全局特征而难以实现相对位姿测量的问题,提出利用点状光源与单目光学相机组成点结构光视觉测量系统进行特征重构与位姿测量的方法。以非合作大目标上尺寸未知的局部矩形特征为测量对象,首先建立点结构光视觉测量系统相对位姿测量模型;接着利用相对约束关系给出特征重构方法并获得隐性特征点;然后利用特征点计算测量系统与非合作大目标之间的相对转移矩阵得到相对位置和姿态。通过数字仿真校验该方法的有效性并对测量误差因素进行分析,仿真结果表明该测量方法是有效的。

基于纹理特征的非结构化道路分割算法

为了提取出智能车在视觉导航系统中可行驶的区域,提出了一种基于纹理特征的算法,用于分割出城市的非结构化道路中可行的道路区域。首先,为了提取出车道中车辙印对应的纹理特征,通过选取2个频率8个方向的Gabor模板对图像进行变换分析,得到各个像素点的纹理强度以及方向特征,利用其方向特征值对候选消失点进行投票,得票最高点即道路消失点,然后提取出有效投票区域中的直线斜率,建立通过消失点的直线方程来划分出可行的道路区域。实验结果表明,该算法在强光照以及夜间场景下可有效地分割出可行的道路区域,并且不受阴影的影响。

基于影像尺度空间表达与鲁棒Hausdorff距离的快速角点特征匹配方法

快速影像匹配是进行影像时间序列分析与飞行器导航的重要方法。本文对待匹配影像进行高斯低通滤波预处理时,运用影像的尺度空间表达思想对不同分辨率的基准影像和实时影像选择了相应的σ值进行卷积滤波处理,使基准影像和实时影像具有相近的分辨率,从而提高两影像所提取角点的重复率,使得影像的正确匹配概率得到提高。然后用基于影像几何结构分析的改进的快速角点探测算法进行了影像的角点提取;最后用本文提出的改进的鲁棒Hausdorff距离进行了基准影像和实时影像的匹配。实验证明,本文方法对影像噪声和灰度变化不敏感,具有抗影像尺度变化的能力。在基准影像和实时影像灰度差变化较大的情况下, 收稿日期:2004 07 16;修回日期:2004 11 15基金项目:航天预研基金资助项目(2003)作者简介:安 如(1963 ),女,江苏淮安人,副教授,博士生,目前主要研究方向为数字影像处理与匹配。依然能取得较高的正确匹配概率。由于采用基于影像信息量评价的搜索策略和快速角点提取算法,匹配速度也较快。

基于特征建模的空间非合作目标姿态智能测量方法

为实现空间非合作目标姿态的测量,基于特征建模的思想,提出了一种根据目标激光点云数据进行高效处理的智能测姿态方法.首先,针对空间目标姿态测量的需求,寻找并实现能够高效表征目标姿态的点云数据特征.接着,应用神经网络的方法对目标点云姿态特征进行学习,通过建立合理的神经网络模型和训练数据,实现目标点云特征与姿态间非线性映射关系的建立.最后,利用目标点云仿真数据集,对方法的测量精度和测量实时性进行了评估.实验结果表明:利用特征建模的思想,提出并建立目标点云姿态协方差矩阵特征,实现了点云数据在表征目标姿态方面的信息高度压缩,为神经网络模型的轻量化设计和计算资源严重受限的在轨应用,提供了可行的智能化工程实现方案.

低维矩阵约束的非刚体特征点分类方法

为了有效地对非刚体特征点进行分类,提出了一种低维子空间约束的非刚体特征点分类方法,该方法将所有非刚体特征点放入一个矩阵中,同时利用所有做刚体运动的特征点组成一个三维子空间的特性构造误差函数,误差最大的点可认为做非刚体运动,并逐一剔除差误,剩下的点即可认为做刚体运动.模拟实验和真实实验结果表明,该方法能够有效地实现非刚体特征点的分类.

一种面向空间非合作目标位姿测量应用的三维点云滤波算法

针对激光位姿敏感器获得的原始点云有噪声和直接参与解算消耗星上计算资源过大问题,给出一种适用于空间非合作目标位姿测量的点云滤波和特征提取算法。应用仿真的方法分别验证了算法滤除空间随机噪声和点云降采样的有效性,验证了特征点对目标位姿变化和高斯测量噪声的鲁棒性。在非合作目标绕飞、抵近、捕获全物理试验平台上,以扫描激光位姿敏感器获得的原始点云数据为输入,验证了算法在实际空间目标位姿测量中的性能。试验结果表明,该算法实现了原始点云93.1%的降采样,节省了92.9%的位姿解算时间,可有效提升星上数据处理的效率和姿态解算的实时性。

基于几何结构的零件切片轮廓特征点提取方法

零件功能的多样性决定了其几何结构的多样性。为深入理解产品的设计意图和获得零件的精确描述,在对零件的三维数据进行预处理时,需要针对不同结构的零件,运用不同的处理方法。本文对预处理中的特征点提取方法做了一些探索。首先,根据传统分类法将零件分为规则结构零件和非规则结构零件,具体描述了其特征点性质;然后,分别采用对应的特征点提取算法对其进行处理;最后,通过实例验证了该方法的可行性。