基于图像匹配的库水位变动识别研究

针对库水位传统量测方法中水尺易锈蚀倾斜,精度低且成本高的问题,该文提出一种不依赖水尺,基于图像匹配的库水位变动识别方法。首先对监控相机拍摄的库坝上游面光学图像进行畸变消除和透视变换,消除相机误差。进一步选取包含水面的感兴趣区域(region of interest,ROI)图像进行自适应二值化分割、形态学处理等前处理操作,将水面和库坝特征分离,突出水位线位置。最后,利用归一化互相关匹配算法(normalised cross correlation,NCC)对水位变动前后的两幅图像进行匹配计算,识别水位线变动距离。通过室内试验与现场测试验证上述方法实用性。结果表明:基于图像匹配的库水位动态识别方法可准确识别水位变动,相对误差约为5%,此算法鲁棒性较高。该研究可为库水位自动化、低成本监测提供一种新思路。

迷宫机器人迷宫信息提取方法研究

针对迷宫机器人自主获取迷宫信息耗时长、耗能高、信息缺失等问题,提出借助图像处理相关方法获取迷宫单元格信息,以提升迷宫机器人迷宫任务效率。针对迷宫图像中的亮度不均、色彩异化等固有缺陷,提出一种融合Kirsch和改进Canny算子的迷宫单元格边缘检测方法,实现了迷宫单元格的边缘特征提取。利用图像形态学原理,对迷宫单元格特征进行去噪、合并、膨胀和填充,实现图像边缘增强。针对迷宫单元格特征,提出了一种像素分块匹配特征法进行迷宫单元格信息匹配,以实现迷宫单元格的信息提取。实验结果表明对亮度范围在γ=1.1且拍摄角度30度及以上的迷宫图像信息提取正确率达到100%,因此,提出的迷宫信息提取方法是实际可行的,为后续迷宫机器人迷宫任务的高效执行提供了保证。

多极网络空间组织对区域经济协调发展的影响

区域经济协调发展的实现要以合理的区域空间组织作为基础,多极网络空间组织作为区域空间组织的一种新形态,通过影响经济主体的区位选择行为,进而改变区际经济关系,对区域空间组织产生作用,从而影响区域经济协调发展。借助2003—2021年十大城市群181个地级市的面板数据,探究多极网络空间组织对区域经济协调发展的影响,结果表明:(1)从匹配的视角来看,多极网络空间组织通过改变经济主体与区位的匹配程度,影响城市经济产出,从而对区域经济协调发展产生影响;(2)多极网络空间组织对区域经济协调发展的影响存在规模效应,呈现先下降后上升的U型特征关系;(3)多极网络空间组织对区域经济协调发展的影响具有区域差异性和动态演变性的特征。

基于特征匹配的单目相机姿态解算

本文采用了一种基于AKAZE特征检测和PnP算法的单目视觉测量方法对相机的相对姿态进行解算,用于快速准确地确定空间中两个目标间的位姿关系.采集合作目标的模板图像,提取附加到合作目标上的4个特征点的像素坐标,利用AKAZE关键点对模板图像和待测图像进行匹配并计算映射矩阵,通过映射矩阵得到4个特征点在待测图像中的像素坐标,然后结合合作目标的尺寸信息求解基于4个共面特征点的PnP问题,解算相机与合作目标的相对位置.实验分析表明该方法计算的实时图像相机位姿与真实结果接近,验证了本文方法的有效性.

不同视点重叠图像自动拼接算法

在大型船舶操纵模拟器视景的绘制中 ,需要大量的背景山脉等不同视点重叠图像的拼接工作 ,而已有的不同视点重叠图像的拼接算法大都需要估计相机参数和每个象素的深度等 ,要求有较多的源图像 ,且普遍存在计算量太大的缺点。由于海上实景拍摄难度大 ,这些借助于模型实现的拼合算法 ,对于船舶操纵模拟器中的视景并不适用 ,希望能直接从二维重叠图像进行匹配和拼接。但由于不同视点透视关系和景物遮挡关系的改变 ,给图像的匹配和拼接带来困难。本文根据船舶操纵模拟器对视景和背景实景图像拍摄的具体要求 ,依据三维成像几何理论 ,建立相邻重叠图像的成像几何模型。由此提出在一定条件下的不同视点重叠图像的基于同深景物面平行景物线对的匹配算法和图像拼接的平滑算法 ,最后给出计算机实验结果。

一种透视不变的图像匹配算法

针对ASIFT(Affine scale invariant feature transform)算法存在的仿射采样策略、采样点离散设置等问题,提出了一种基于粒子群优化的图像透视不变特征PSIFT(Perspective scale invariant feature transform)算法.该算法通过虚拟相机的透视采样来模拟景物在多视角图像中的变形.在此基础上,将图像匹配问题转换为透视变换的优化问题,并以粒子群算法为工具,研究了虚拟相机旋转参数搜索空间、适应值函数的合理设定.针对三组不同类型低空遥感图像的实验结果表明,该算法比ASIFT、SIFT(Scale invariant feature transform)、Harris affine和MSER(Maximally stable extremal regions)等算法获得更多的特征匹配对,有效地提高了算法对视角变化的鲁棒性.

基于透视不变二值特征描述子的图像匹配算法

针对基于局部特征的图像匹配算法普遍存在对透视变换顽健性差的缺点,提出了一种新的二值特征描述子PIBC(perspective invariant binary code),提高了图像匹配算法的透视变换顽健性。首先,在提取金字塔图像FAST特征点的基础上,利用Harris角点响应值去除非极大值点和边缘响应点;其次,通过模拟相机不同视角成像之间的透视变换,对单个FAST特征点生成不同视角变换下图像的二值描述子,使描述子具备描述不同视角图像中同一特征点的能力。实验结果表明,算法在提高描述子透视不变性的同时时间复杂度与SURF算法近似。

智能三坐标测量机中零件位置自动识别系统

提出了一种基于机器视觉和 CAD三维模型的零件自动定位方案 ,利用虚拟图像匹配的方法确定零件在工作台上的位置和方向。在 CAD三维模型中 ,针对零件的可能放置方式通过透视成像的方法形成多幅虚拟图像。CCD产生的实际图像与各幅虚拟图像进行匹配。确定零件坐标系与机器坐标系的关系 ,达到定位目的。最后在三坐标测量机平台上实现了该方法 。

改进的视角鲁棒KAZE特征匹配算法

针对KAZE特征匹配算法对视角变化敏感,在大视角场景下不能实现正确匹配的问题,提出了一种视角鲁棒的PKAZE（Perspective-KAZE）算法。该算法在原KAZE描述符的基础上,计算特征点邻域内的二阶梯度均值,形成新的扩展的80维描述符;然后利用透视变换模型对待匹配影像进行多视角模拟,在模拟影像上提取改进的KAZE描述符,再进行特征匹配。最后,选取5对含有最多正确匹配数量的影像上的匹配对作为初始结果,利用随机抽样一致算法对初始结果提纯。对多组图像进行了匹配实验,结果表明：与KAZE、尺度不变特征变换（SIFT）和加速鲁棒特征（SURF）算法相比,所提算法对视角变化具有更强的鲁棒性;与透视尺度不变特征（PSIFT）和仿射尺度不变特征（ASIFT）算法相比,本算法匹配正确率更高,分别为PSIFT的2-10倍,ASIFT的2-7倍。提出的算法对视角变化具有很好的鲁棒性,不仅对模拟影像的视角变化很稳健,而且适用于真实三维复杂场景拍摄的大视角影像,具有一定的实用价值。

一种改进的透视不变匹配算法

针对透视尺度不变特征PSIFT匹配算法穷举采样带来模拟影像冗余、海量特征匹配造成计算效率低下等问题,提出一种改进的PSIFT算法。首先对待匹配影像进行透视模拟重采样,在模拟影像上提取SIFT特征并匹配,计算初始近似单应矩阵;然后利用近似单应矩阵对待匹配影像进行单应变换以消除部分透视变形,再次提取特征和匹配,并采用随机抽样一致（RANSAC）方法提纯粗匹配。实验结果表明,该算法计算效率高,对视角变化鲁棒,与PSIFT相比,匹配正确率是其2~5倍,计算速度快5~9倍。

基于真实环境图象的三维动态仿真系统研究

针对在城市规划中 ,建筑设计方案的计算机三维图形与真实环境图象进行匹配及合成的问题 ,研究和提出了一种基于摄影测量学反透视原理的 ,对实际环境摄像经抽样采集的图象序列进行亮度、方差及平均色度合成的图象分析方法 ,并研究了一种基于单象空间后方交会解析摄影测量技术一阶渐近迭代计算的求解虚拟摄像机参数的算法 ,同时提出了基于关键帧技术的适合于图象合成时 ,计算分割区域随时间变化的动态掩模算法 ,还在太阳系行星运动规律的基础上 ,建立了适合于计算机虚拟三维世界坐标系的日照模型 ,以及相应的求解任意时刻、任意经纬度虚拟世界坐标位置处的虚拟太阳光源方向和强度的算法 .这些算法已被应用到基于真实环境图象的三维动态仿真系统中 .实验结果表明 。

基于机器视觉的奶粉罐体商标区域定位方法

目的针对奶粉包装中高盖锁扣与罐体商标图案之间位置的不确定会影响美观和品牌关注度的问题,提出一种罐体商标图案定位方法。方法首先由透视投影变换模型获取罐体边缘上一对边缘点的摄像机坐标系下的坐标,并结合视线交叉原理,确定罐体截面圆在摄像机坐标系下的方程。其次通过模板匹配算法提取罐体上显著图案中心坐标,并获得该中心坐标与摄像机光心连线所成直线的方程。然后联立直线与截面圆的方程求交点,该交点表示显著图案中心点在截面圆上的位置。由于显著图案与商标图案相对位置已知,因此由显著图案中心坐标就可以间接求得商标图案中心坐标。结果该方法可完成罐体商标图案的快速测定,且测量精度达到±1°。结论该方法能够快速、准确地实现罐体商标区域的在线测量。

基于遗传算法的点模式匹配方法

点模式匹配是计算机视觉和模式识别领域中的一个重要问题 .本文基于矩和不可约矩阵理论给出了仿射变换下的点模式匹配问题的一种新算法 ,并以仿射变换的匹配结果为初始代 ,从对极几何约束出发构造相似性度量 ,利用遗传算法实现了透视变换下的点模式匹配问题 .理论分析和仿真实验表明这些算法是有效的 .

不同视点重叠图象拼接方法研究

不同视点重叠图象的拼接算法大都需要估计相机参数和每个像素的深度等 ,要求有较多的源图象 ,由于海上实景拍摄难度大 ,因此符合要求的源图象十分有限 .这些现有的算法对于生成生成船舶操纵模拟器中的视景并不适用 .根据船舶操纵模拟器对视景的要求和背景实景图象拍摄的具体要求 ,依据三维成像几何理论 ,建立了相邻重叠图象的成像几何模型 .在此基础上经数学推算得出 ,仅当重叠区域中的两物点位于同一景深面上或位于两视点垂直平分面上时 ,在左右像面上两相应像点间的距离才不产生变化 .由此提出在一定条件下的不同视点重叠图象的基于视点垂直平分面最深景物线和基于同深景物面平行景物线对的匹配算法和图象拼接的平滑算法 .实验结果表明 ,该算法的拼接效果较好 ,可推广到对背景几何精度要求不高的中远距离不同视点重叠图象的拼接应用中 .

从中心投影影像制作正射影像的多种方法研究

提出了由中心投影影像制作数字正射影像的三种新方法:(1)在具备立体像对的情况下,通过立体影像匹配求得视差值,直接利用视差值进行微分纠正,得到正射影像;(2)多中心影像不构成立体像对,但是各中心之间有一定的空间距离时,利用本文推导的一系列数学公式,可在影像匹配的基础上进行基于视差的微分纠正,从而得到正射影像;(3)直接利用地物稠密地区相应比例尺地形图的数字化成果,例如数字栅格地图(DRG)或数字线划地图(DLG),与单帧影像上提取的地物线划进行配准,从而实现正射影像纠正。还给出了影像上的特征线划与地图上的特征线划配准的新方法。

基于中轴线像长匹配的靶场单站姿态测量方法

目前,靶场姿态测量以多台套交会测量为主,对于单站姿态测量尚没有较好的解决方案。为了解决该问题,以投影轴对称目标为例,提出了一种基于中轴线像长匹配的单站姿态测量方法。将透视投影拓展为2种等效形式,将体现目标姿态状态的中轴线向像面透视投影,可获得中轴线的投影像长或在等效物面的等效物长,根据目标中轴线的先验长度、相机内外参数及成像信息,经像长匹配即可获取目标的偏航角和俯仰角;实际工程试验验证了该算法的可行性,偏航角精度为1.7°,俯仰角精度约1°,满足靶场单站测姿需求;并对姿态测量模型关键因素进行了误差分析。该方法可适用于非投影轴对称目标。

基于方向边缘匹配的人行横道与停止线检测

针对智能车辆视觉导航系统的路面标线实时感知问题,提出基于方向边缘匹配实现人行横道和停止线的检测算法。利用逆透视映射表快速建立车辆前方感兴趣区域俯视图,提取图像垂直边缘和水平边缘,通过亮度上升与下降相邻边缘匹配检测定位人行横道与停止线。实验结果表明,该检测算法满足实时性要求,具有强鲁棒性,能应用于复杂城市道路环境。

基于射影不变量的摄像机标定

为解决摄像机标定过程中自动寻找标定物平面上的特征点与图像平面上特征点的对应关系问题,将射影空间几何不变量性质应用到对应点的寻找过程中,通过交比不变性确定标定物和图像上的5个特征点的对应关系;再从5个特征点对中取出任意3个点对,确定标定物和图像上其他特征点的对应关系。实验结果证明:该方法标定准确,标定过程自动、快捷。

基于逆透视投影变换的图像拼接方法

为了得到大视角图像较好的拼接效果,本文提出了一种新的图像拼接方法。该方法利用逆透视投影变换的方法解决了大视角图像间视差过大的问题,利用多分辨率匹配来提高图像匹配速度,利用选取特征区域的方法来提高模板匹配的精度。实验证明了该方法能有效解决简单环境下大视角图像的拼接问题。