基于几何特征和图像特征的点云自适应拼接方法

多视点云拼接技术是物体三维测量过程中的重要环节。现有的无标志点三维点云自动拼接方法在对不同表面进行测量拼接时稳定性较差。针对此问题,提出了一种基于几何特征和图像特征的点云自适应拼接方法。该方法建立了一个配准算法选择模型,通过引入配准算法判断因子来综合评价物体表面的几何、纹理复杂程度,从而系统可根据判断因子自适应地选择合适的配准算法,实现基于几何特征配准和基于图像特征配准的有机结合。并在特征点匹配过程中,采用随机抽样一致(RANSAC)算法对误匹配特征点进行剔除。实验结果表明,该方法可实现不同表面的稳定点云拼接。     

基于三维球面模型的全景视频实时拼接方法

针对主流配准方法被用于周扫型光电预警系统的全景图像拼接适用性有限的问题,提出一种基于三维球面模型的全景视频实时拼接方法。首先,基于周扫型光电预警系统的工作模式进行三维空间的全景重建并构建三维球面模型;通过建模的方式对不同俯仰、方位角度下探测器采集图像的像素点空间位置进行定位。然后,基于三维球面模型搜索不同俯仰角度下重叠视场在三维空间内的最佳配准线,并推导出预警图像重叠区域的配准公式。最后,通过逐行的加权融合算法和图像矫直方式实现全景图像无缝拼接。与主流的5种配准方法进行对比,实验结果表明：该方法切实可行,具有较好的全景拼接效果,有效弥补主流配准方法的不足,即使对天空等特征不明显区域的全景拼接也具有较好的适用性与实时性,全面保证了全景视频成像的连续性与稳定性,对光电预警系统全景拼接任务具有重要的应用价值。     

面向光学测量跨源点云的多尺度采样配准方法

为了实现具有不同测量尺度、分辨率与精度等特性的跨源点云的精确配准,提出了基于多尺度采样的测量点云数据配准方法。通过尺度滑移算法来滤除高频细节信息,保留轮廓数据,并结合体素网格邻域法来实现点云数据的降采样;对于宏观结构光视觉测量的低分辨率点云数据,通过基于深度学习的渐进式三维点云上采样算法可以精确还原结构光点云的轮廓细节,实现跨源点云在尺度与分辨率上的统一。最后,采用迭代最近点法对处理后尺度近似的数据进行配准,并将配准关系逆向用于原始跨源点云的配准。实验结果表明,多尺度采样方法对于跨源点云的配准精度有所提高,能有效用于发动机叶片等零部件的高性能检测。     

一种基于轮廓特征约束的飞机蒙皮配准方法

飞机蒙皮表面平缓、光滑、特征少,在使用迭代最近点进行数模配准时会产生错位、局部最小值等问题,因此提出了一种基于轮廓约束的蒙皮点云配准方法。首先定义一种新的三维轮廓Cκ特征点描述方法,并基于距离约束对初始Cκ特征点进行聚类和过滤,实现对蒙皮点云特征的精确描述。其次,基于距离的快速点特征直方图(FPFH-d)特征相似度约束,寻找点云和数模特征点的对应点对,实现蒙皮轮廓的初始配准。最终基于迭代最近点算法,融合Cκ特征描述的轮廓约束,实现蒙皮的精配准。利用斯坦福公共数据库点云对算法的速度和精度进行测试,与点快速直方图算法(FPFH-SAC-IA)相比,初始配准精度分别提高了48.47%和77.29%,速度分别提高了70.35%和97.08%,证明了Cκ特征点提取算法的普适性和有效性。基于以上算法,对飞机蒙皮测量数据进行实验验证,配准准确度达到了100%,在12 m~3范围内全局误差优于3.5 mm。该方法有效解决了蒙皮配准时的错位和局部最小值问题。     

多探测器拼接成像系统实时图像配准

依据已设计完成的基于同心球透镜的四镜头多探测器阵列拼接成像系统,对该系统图像拼接配准过程所采用的特征检测提取、特征向量匹配与筛选、空间变换模型参数估计等算法进行了研究。首先,采用Fast-Hessian检测子提取参考图像和待配准图像的特征点,并生成加速鲁棒特征(SURF)描述向量。接着,采用快速近似最近邻(FANN)逼近搜索算法获得初始的匹配点对,并对匹配点对特征向量的欧式距离进行排序。然后,参照成像系统光学设计参数设定合理的阈值,筛选并保留下较好的匹配点对。最后,提出了一种改进的渐进式抽样一致性(IPROSAC)算法对空间变换矩阵模型进行参数估计,从而得到参考图像与待配准图像的空间几何变换关系。实验结果表明:该算法对图像尺寸、旋转和光照变化都具有一定的不变性,特征匹配时间为0.542 s,配准变换时间0.031 s,配准误差精度小于0.1 pixel,可以满足成像系统关于图像配准实时性和准确性的要求,具有一定的工程应用价值。     

基于特征点匹配的图像配准算法精度提升方法研究

图像配准是多种图像后续处理的基础,较为常见的有图像融合,图像拼接、图像的三维重建等,这些后续操作都需要在一个好的配准前提下才能完成,因此,对于图像配准精度改进的研究具有很重要的实际应用价值。对基于特征点匹配的图像配准算法提出了几个配准精度提升的方法,这些方法分别针对特征检测精度的提升和特征匹配精度的提升来达到图像配准精度提升的目的。     

基于线特征的城区激光点云与影像自动配准

鉴于激光点云和影像数据成像机理的差异以及现有配准基元的可获取性特点,通常采用基于特征的配准算法修正两者之间的转换关系,其中建筑物的边缘及角点为最常用的特征。针对城区建筑物分布密集、形状相似的问题,提出了一种基于道路线的机载激光雷达数据和高分辨率航空影像自动配准方法。该方法充分利用点云数据提供的高程与强度信息,提取出高精度的规则化道路矢量线;根据初始外方位元素建立点云数据和航空影像的近似变换关系,以道路矢量线在航空影像的投影位置为先验知识,采用改进的道路矩形整体匹配算法得到影像中的道路中心线,获取同名线特征;以同名道路线段的首末端点作为控制信息,利用基于欧拉角的空间后方交会算法解算新的影像外方位元素,实现航空影像和激光雷达数据的配准。实验结果表明,该方法利用道路特征实现航空影像与激光雷达点云的配准,提取特征少且配准精度较高,大大提高了工作效率。     

基于Gocator的多传感器数据拼接方法研究

点云数据拼接在众多科研领域有着十分广泛的应用。为完整、精确地得到复杂物体的点云数据,提出一种基于Gocator的多传感器数据拼接方法。该方法需要对多传感器系统进行两两校准以获取各传感器坐标系与基准坐标系之间的空间变换关系,进而将各传感器自身坐标系下的数据转换到基准坐标系下,实现多传感器数据的拼接。对于双传感器数据拼接,首先通过两只传感器同时拍摄单孔标定块,利用最大距离法提取标定块轮廓坡口特征点,根据坐标转换原理,初步确定了两传感器间的旋转平移关系;在此基础上采用迭代最近点(ICP)算法进一步优化确定两传感器之间的最优变换矩阵,以得到精确的拼接关系。实验室搭建双传感器钢轨廓形检测平台对该算法进行验证,实验结果表明,多次拼接得到的钢轨廓形与标准模板误差不超过0.2mm,完全符合钢轨廓形允许误差要求,该算法具有较高精度和稳定性。     

利用结构特征的点云快速配准算法

为提高三维激光扫描点云的配准精度以及效率,解决数据点缺失、点云散乱时的配准问题,结合点云的全局和局部结构特征的不变特性,提出基于全局结构特征的初始配准算法和利用局部结构特征的快速精确配准算法。首先,给出全局结构特征的定义,并阐明初始配准方法,证明在点云样本集缺失数据时初始配准算法的有效性;然后,给定一种空间区域的划分方式,并找出划分的空间区域中两个点云的对应点;最后,通过找出的有限个对应点实现点云的精确配准。在仿真和实验数据处理时,该精确配准算法能够有效地完成缺失、散乱点云的精确、快速配准,且在效率和精度上比其他几种算法具有明显优势。     

基于仿射变换与Levenberg-Marquardt算法的织物图像配准

针对多光谱成像系统采集的织物图像的颜色色差分析问题,提出了一种基于仿射变换与LevenbergMarquardt(LM)算法的图像配准方法。从配准角度出发,利用提出的配准方法将标样图像与打样图像配准后进行空间色差分析。多光谱系统采集的织物图像的形变,包括平移、旋转、缩放和错切变换,符合典型仿射变换模型。提出一种新的方法来估计仿射变换矩阵,该方法对两幅图像的对数极坐标幅度谱积分曲线进行匹配,将仿射变换矩阵求解转化为一个非线性最小二乘拟合问题,进而利用LM算法搜寻最优参数值,同时引入分块配准以得到更好的配准效果。实验结果表明,与传统基于Fourier-Mellin配准算法和基于尺度不变特征变换的特征点配准算法相比,提出的算法可获得更好的配准效果,可有效解决具有周期性元素的织物图像配准问题,有助于织物图像色差评估。     

三维点云中关键点误匹配剔除方法

三维点云关键点配准与识别过程中存在寻找匹配对不理想、大量误匹配对及配准与识别准确率下降等问题,提出了一种新颖的关键点误匹配剔除方法。在关键点检测阶段,基于边缘点及其邻域点大多分布在同侧的特性,提出了一种边缘点检测算法,剔除处于边缘的关键点,以提高关键点的可重复性和可匹配性,并降低关键点特征匹配的误匹配率。在关键点特征匹配阶段,对经由最近邻算法得到的初始关键点匹配对,通过Kmeans算法和分裂法,剔除掉大量错误的关键点匹配对,从而提高三维点云之间关键点的匹配率。实验结果表明,该方法能够剔除完整三维点云匹配完整三维点云、完整三维点云匹配杂乱且有遮挡的三维点云、部分点云匹配部分点云所产生的大量关键点误匹配对,提升了关键点匹配效果;同时在时间上,本文算法较随机取样一致性算法更有效率,是最邻近算法的有益补充。     

一种用于钣金零件视觉测量的图像拼接方法

在钣金零件视觉测量中,大尺寸零件超出图像采集摄像机的视场范围,不能一次性获得该零件的完整图像,需要将存在一定重叠区域的图像进行图像拼接。针对特征稀少、灰度信息少、轮廓对称的钣金零件图像不易拼接问题进行了分析和研究,提出了一种在待拼接图像中选择包含重叠部分的等大小区域作为待配准区域,并对其提取轮廓,然后对轮廓图利用相位相关法求待配准区域的配准参数,再根据待配准区域图像与待拼接图像的坐标关系转换求待拼接图像的配准参数并对图像进行配准,实现钣金零件图像拼接的方法。通过实验表明,该拼接方法对特征稀少、灰度信息少和轮廓对称的钣金零件图像具有速度快、较好的准确性和抗干扰能力,能够满足工业应用的要求。     

基于似然函数最速下降的红外与可见光图像配准

为了实现红外与可见光图像的自动配准,提出了基于似然函数最速下降迭代的图像配准算法.该算法以图像边缘作为配准点特征,将异源图像配准转化为边缘点集配准.基于点集的高斯混合模型建立了边缘点集配准似然函数,以该函数作为目标函数,仿射变换参量作为优化变量,利用最速下降方法进行最优变换参量求解,从而实现边缘点集配准.同时,将多分辨率金字塔引入迭代配准框架下,实现了高分辨率图像配准的加速.实验结果表明:该算法精度高,运算速度快,可以很好地完成可见光与红外图像的自动配准.     

车载摄像平台序列图像快速拼接方法

 针对车载摄像平台序列图像拼接中存在畸变、数据量大的问题,提出一种车载摄像平台序列图像快速拼接方法。首先对图像进行预处理来消除畸变的影响,然后对图像检测SURF特征点,定义特征点匹配率作为图像的相似性度量,根据特征点匹配率提取关键帧,再采用改进的配准策略得到全局配准模型,避免了配准误差的累积,最后采用一种最大值融合法得到序列图像的拼接图。实验结果表明：该方法具有较强的鲁棒性、更为快速。     

基于似然函数最速下降的红外与可见光图像配准

为了实现红外与可见光图像的自动配准,提出了基于似然函数最速下降迭代的图像配准算法.该算法以图像边缘作为配准点特征,将异源图像配准转化为边缘点集配准.基于点集的高斯混合模型建立了边缘点集配准似然函数,以该函数作为目标函数,仿射变换参量作为优化变量,利用最速下降方法进行最优变换参量求解,从而实现边缘点集配准.同时,将多分辨...     

旋转扫描序列图像的全景图拼接方法

针对火炮身管内表面观测的特殊需求,考虑到传统的图像拼接方法效率低或精度低的缺陷,提出了一种硬件和软件相结合的基于旋转扫描序列内表图像的全景拼接方案和图像拼接算法.该方案用步进电机驱动45.平面反射扫描镜和CCD相机同步旋转来实现对等距内表面序列图像的快速获取,利用获取的序列图像根据步进电机的步进角度完成内表面全景图像的粗级拼接,即在拼接中首先对步进旋转角度θ和图像素距离P进行标定,然后根据标定结果选取待配准的子图像区域,在子图像区域中采用基于相化相关的图像配准方法对图像进行像素级配准,从而完成对序列图像的精级拼接.为了实现图像的平滑过渡避免出现拼接痕迹,最后提出了基于人眼视觉特性的高斯函数权值加权图像融合过渡的方法.试验和仿真结果表明:该方案能够实现内表图像的快速高精度全景拼接,拼接的精度达到像素级,拼接时间小于500 ms,能够满足内腔表面观测的实时性需求,非常适合工程实际应用.     

基于邻域特征点提取和匹配的点云配准

为解决噪声干扰、数据丢失情况下迭代最近点算法的鲁棒性差、配准精度低等问题,提出一种基于邻域特征点提取和匹配的点云配准方法.首先定义一个由点的k邻域曲率、点与邻近点的法向量内积均值以及邻近点与邻域拟合平面的欧氏距离方差等三部分组成的邻域特征参数,结合在移动最小二乘表面构造的曲率特征参数对点云进行两次特征点提取;其次依据直方图特征定义三个匹配条件,并用双重约束获得正确的匹配点对;最后在配准阶段,采用双向构建k维树的迭代最近点算法实现精确配准.实验结果表明,该算法的配准精度较迭代最近点算法提高了90%以上,并且能够在噪声环境下有效地完成缺失点云的配准,在鲁棒性和精确配准方面有明显优势.     

裸眼3D LED显示的全息透镜板在线拼接的检测方法

全息透镜板的高精度拼接与装配是基于全息透镜技术的大屏幕LED裸眼3D显示系统搭建中的关键问题。理论计算与实验结果表明,全息透镜板与LED显示模组横向相对位置误差小于1.332mm时,可以满足显示的要求。基于裸眼3D显示系统的投射条纹,提出了基于投射条纹的全息透镜板位置实时调整方法。依据此方法提出了基于极大值测量条纹中心间距的图像处理算法,并结合LabView编写了图像处理程序。实验结果表明,使用该方法测得的亮暗条纹间距的测量精度为0.1mm,反算出全息透镜板与LED屏之间的位置误差小于0.03mm,满足实时调整全息透镜板位置的要求,可以作为全息透镜板在线拼接的检测方法。     

一种基于数字图像的多目标检测方法

为使武器系统具备同时对多个目标进行精确打击的能力,在光电系统中可采用多目标视频跟踪器辅助激光照射器、伺服稳定平台实现多个潜在目标同时捕获跟踪并打击。研究了一种运行于多目标视频跟踪器的目标检测方法,针对数字图像分辨率高、数据量大及难以在嵌入式系统中实时运行的难点,基于TMS320C6455 DSP处理器,提出基于小波金字塔的全局运动光流估计算法图像配准实现运动图像的背景补偿以获取差分图像,相比传统的块匹配、灰度投影配准及基于特征点的配准算法,具有配准精度高与可嵌入式系统实时处理等优点,在差分图像中采用区域生长结合管道滤波算法提取图像中多个运动目标。经实验验证,该方法在复杂地面场景对汽车、自行车及行人目标检出率可达95%,计算时间仅为25 ms,具有良好的实时性和检测效果。     

基于SIFT特征匹配的电力设备外观异常检测方法

基于电力设备巡检机器人平台,提出了一种电力设备外观异常检测方法。该方法使用SIFT特征点提取算法,进行特征匹配,使用基于RANSAC的方法求解单应矩阵进行配准。在经过配准后,对像素的差值使用Mean Shift分割算法提取异常区域。实验证明该方法对于光照有较高的鲁棒性,且受匹配误差和拍摄角度偏差、位置偏差影响较小,能够有效的将变化区域提取。