十亿像素瞬态成像系统实时图像拼接

为了满足工程应用对图像拼接实时性的要求,依据已设计完成的基于同心球透镜与微相机拼接阵列复合结构的十亿像素瞬态成像系统,提出一种基于统一计算设备架构(CUDA)与先验信息相结合的自适应图像拼接并行加速算法。首先,利用高精度四维标定平台对相邻微相机成像重叠区域进行预标定。接着,采用基于CUDA的快速鲁棒特征(SURF)方法检测提取重叠区域图像的候选特征点集。然后,运用基本线性代数运算子程序(CUBLAS)加速基于随机KD-Tree索引的近似最近邻搜索(ANN)算法,用于获取初始匹配点对。最后,提出一种改进的并行渐近式抽样一致性(IPROSAC)算法,用于剔除误匹配点对和空间变换矩阵的参数估计,从而得到拼接图像的空间几何变换关系。实验结果表明,该算法的图像拼接时间为287 ms,与单独采用CPU串行算法相比速度提高了近30倍。     

基于系统论匹配准则的尺度不变特征变换的图像自动拼接研究

基于特征点的图像拼接不仅不易受光照、旋转等因素影响,而且还有利于提高速度,是目前图像拼接的主流方向。尺度不变特征变换(SIFT)是目前比较成熟的一种角点检测算法,但是其特征点匹配问题仍然没有得到很好的解决。从系统相似的角度出发,提出了基于系统相似论的匹配准则,并将新匹配准则与传统的匹配准则进行了对比,指出了传统匹配准则存在的问题,测试了新准则匹配的精度和速度,分析了新准则能够取得更高精度的原因,并据新准则成功地检测了待拼接图像中的匹配角点,然后用改进的样本一致性算法计算出仿射变换的投影矩阵,并用Levenberg-Marquardt(L-M)算法对其求精,最终实现了图像的自动拼接。最后给出了全景相机图像的拼接结果,并对新的匹配准则给出了进一步的分析讨论。     

基于LTS-HD的像素跳跃式快速景象匹配算法

在分析Hausdorff距离特性的基础上,提出了一种两级实时景象匹配算法.与传统各种利用图像多尺度特征的多级匹配方法不同,该算法利用Hausdorff 距离特性直接在原分辨率图像上进行匹配,通过“减少匹配位置”以及“减少匹配位置相似性测度计算量”两种途径缩短匹配时间.跳跃式搜索极大地减少了参与匹配的位置数;而在每个匹配位置,只计算由特征点组成的两个点集间的LTS-HD相似性测度,非特征点不参与计算,从而大大减少了该匹配位置的相似性测度计算量.为了保证匹配准确度,采用由粗到精的两级匹配策略,第一级采用像素跳跃式全局搜索获得粗匹配点,第二级以第一级匹配为基础,在以粗匹配点为中心的δ邻域内局部遍历搜索获得精匹配点.仿真分析表明,提出的算法相比传统的遍历搜索及遗传算法耗时短且定位准确,在实时图存在严重遮挡的情况下仍能正确匹配.     

基于LTS-HD的像素跳跃式快速景象匹配算法

在分析Hausdorff距离特性的基础上,提出了一种两级实时景象匹配算法.与传统各种利用图像多尺度特征的多级匹配方法不同,该算法利用Hausdorff距离特性直接在原分辨率图像上进行匹配,通过"减少匹配位置"以及"减少匹配位置相似性测度计算量"两种途径缩短匹配时间.跳跃式搜索极大地减少了参与匹配的位置数;而在每个匹配位置,只计算由特征点组成的两个点集间的LTS-HD相似性测度,非特征点不参与计算,从而大大减少了该匹配位置的相似性测度计算量.为了保证匹配准确度,采用由粗到精的两级匹配策略,第一级采用像素跳跃式全局搜索获得粗匹配点,第二级以第一级匹配为基础,在以粗匹配点为中心的δ邻域内局部遍历搜索获得精匹配点.仿真分析表明,提出的算法相比传统的遍历搜索及遗传算法耗时短且定位准确,在实时图存在严重遮挡的情况下仍能正确匹配.     

基于静态小波分解和能量函数优化的图像拼接

提出了一种基于静态小波分解和能量函数优化的全景图拼接算法.该算法首先使用静态小波分解初始图像,并利用序贯检验法对高频图像快速搜索计算粗略匹配序列,在此基础上对初始图像细致搜索计算精确匹配点;对于传统图像融合处理中采用的线性加权函数通常引起的重叠区域模糊问题,采用包含图像梯度的能量函数计算高频图像的全局最优融合因子进行融合,而低频图像则采用线性因子融合.实验表明,该算法在降低匹配运算时间的同时又能获得满意的视觉效果.     

基于区域协方差的惯性组合导航景象匹配算法

 针对景象匹配辅助惯性组合导航系统需要快速准确获取飞行器位置和航向偏差的要求,提出了一种基于区域协方差的实时图像匹配算法.算法采用区域协方差矩阵的距离作为图像匹配时的相似性度量.首先,对图像进行高斯平滑滤波,提取图像的多种特征计算区域协方差矩阵,利用金字塔多级匹配技术进行全局搜索,获得测试图在参考图中像素级匹配位置.然后,利用全局匹配的结果,在实测图上选取多个局部区域,分别进行局部搜索匹配,获取参考图和实测图中一一对应的局部匹配集.最后,利用RANSAC算法和最小二乘算法计算出两幅图像间的最优相似变换参量.仿真分析表明,该算法能满足景象匹配辅助惯性组合导航系统实时性、精确性和鲁棒性的要求.     

二维多相机全场数字图像相关变形测量方法

从理论上推导了数字图像相关(DIC)方法中应变精度的影响因素,指出应变计算精度会随着窗口尺寸的变小而下降。为了提高图像有效分辨率,针对细长平面试件提出了一种二维多相机全场DIC方法。该方法根据特征点检测及匹配算法定位特征点对的亚像素位置,通过DIC方法对特征点对进行高精度配准,利用发展的逐步优化单应矩阵方法求解图像变换关系,得到变形前后的无缝拼接图像。分别实施了纯平移和橡胶梁三点弯两组实验。在纯平移实验中,该方法计算得到的应变均值误差及均方根误差均在50με以内,验证了该方法的有效性;采用橡胶梁三点弯实验对比该方法与三维多相机全场DIC方法,并基于实验结果对该方法的优点与缺点进行了分析。     

一种基于局域边缘特征的自适应立体匹配新算法研究

立体匹配,其目的是在对两幅存在一定视差的图像进行匹配后,获得两幅图像精确的视差图,是计算机视觉领域的重点和难点问题。为了快速、高效地获得高精度的稠密视差图,在充分研究了基于边缘特征的立体匹配和基于局部窗口的立体匹配两类算法的基础上,提出了一种基于局域边缘特征的自适应立体匹配算法。首先该算法自适应地选择局部匹配窗口大小,并计算其中相应位置的权值,实现初次匹配,然后再以基于边缘特征匹配获得的高精度稀疏视差图作为约束,修正部分误匹配点,最终获得准确、稠密的视差图。实验表明,该算法具良好的实验结果和较大的实用价值。     

基于色彩分割的水下立体匹配算法的研究

针对空气中极线几何不再适用于水下双目图像匹配以及尺度不变特征转换(SIFT)算法只能实现稀疏匹配的问题,提出了基于色彩分割的水下立体匹配算法。获取双目摄像机标定参数、参考图和待匹配图;推导参考图的特征点在待匹配图上对应的曲线表达式,同时利用均值漂移算法对参考图进行图像分割;用像素灰度差的绝对误差和算法进行匹配,根据图像分割结果对窗口内像素分配不同权重,并将搜索范围改为在对应曲线上,提高匹配精度。实验结果表明,该算法优于特征匹配SIFT算法,匹配精度有所提高,成功将区域匹配算法应用于水下图像稠密匹配。     

基于特征点自动匹配的图像拼接方法

提出了一种基于特征点自动匹配的图像拼接算法,采用改进的Harris算子提取特征点,保证了提取的效率和精度,根据互相关的双向匹配实现对应特征点的自动匹配,从而建立参考图像与当前图像的对应点对,最后采用最小二乘方法得到图像间的全局变换参数,实现图像的拼接。     

水下环境中基于曲线约束的SIFT特征匹配算法研究

针对水下双目图像匹配时不再满足空气中极线约束条件以及尺度不变特征变换(SIFT)特征匹配算法处理水下图像误匹配率较高等问题,提出一种基于曲线约束的水下特征匹配算法。对双目摄像机进行标定获取相关参数,再获取参考图和待匹配图;利用SIFT算法对两幅图像进行匹配,同时利用由参考图提取的特征点推导出其在待匹配图上对应的曲线,将该曲线作为约束条件判定待匹配图上对应特征点是否在曲线上,从而剔除误匹配点,以达到提高精度的目的。实验结果表明,该算法优于SIFT算法,可以有效地剔除误匹配点,比SIFT算法匹配精度提高约12%,解决了SIFT算法在水下双目立体匹配中误匹配率高的问题。     

一种改进的RANSAC图像拼接算法

针对RANSAC算法迭代次数过多导致的图像拼接效率不高的问题,提出一种改进的RANSAC图像拼接算法;首先采用SIFT算法提取尺度不变特征点,利用双向互匹配策略对特征点进行匹配,在使用RANSAC算法计算单应性矩阵之前,利用相邻特征点之间的关系对初始特征点对进行筛选,最后使用加权平滑法完成图像的融合;实验结果表明该方法有效地减少了特征点对数,提高了RANSAC的运行时间,图像拼接效率有了很大的提高。     

基于信息熵和灰度相关的图像拼接算法

提出一种基于信息熵和灰度相关的全景重叠图拼接算法。该算法综合了基于灰度相关和信息熵的优点。通过匹配连续区域的熵的兰氏距离获得了比较精确的定位,利用灰度相关进行了匹配验证和精确调整了两幅待拼接图像。实验表明,算法原理简单、拼接速度快,对图像亮度差异具有较强的抗干扰能力,鲁棒性好。     

一种快速双目视觉立体匹配算法

针对目前双目视觉立体匹配算法计算量过大、实时性不强的问题,提出了一种平行配置系统的快速立体匹配算法.利用两幅视图的差异将视图分为特征点和非特征点,然后对特征点采用WTA(winner-take-all)方法进行匹配,而对非特征点只进行简单的验证,最后得出致密的视差图.该算法利用视差的分段连续性,大大减少了运算量.实验结果表明,该算法提取的特征点集中于视差不连续区,与目前其它基于区域的匹配算法相比,该算法得到的误匹配像素百分比与其它算法相当,而计算速度却提高了一个数量级,并且边缘特征较好,是一种有效可行的高实时性立体匹配算法.     

基于相位相关的柱面全景图像自动拼接算法

提出了一种基于相位相关法的柱面全景图像自动拼接算法.首先推导了柱面投影公式、柱面平移量和平面平移量之间的对应公式;然后利用改进的相位相关法计算出归一化相位相关度的峰值及峰值点坐标,利用峰值作为相关度准则判断两幅图像是否存在重叠部分,利用最大相关度求交自动确定头尾图像,利用峰值点坐标判断两幅相邻网像的位置关系;最后将环绕拍摄的序列图像投影到柱面坐标系下,根据计算得到的变换参数进行图像拼接并融合得到柱面全景图像.实验结果表明,该算法能有效地实现顺序混乱的序列图像的自动排序和柱面全景图像拼接,具有较高的稳健性和拼接精度.     

基于最佳搜索域的水下图像区域匹配算法研究

针对水下双目图像匹配时不再满足空气中极线约束条件以及归一化互相关(NCC)算法处理水下图像计算量大等问题,提出了一种基于最佳搜索域的水下图像区域匹配算法。对双目摄像机进行标定得到相关参数,并获取参考图和待匹配图;运用曲线极线约束计算出与空气中极线的最大偏离值,确定最佳搜索域;用NCC进行匹配,将原来的线性搜索改为在最佳搜索域中进行多行搜索,提高匹配精度;并应用盒滤波技术加速,提高匹配速度。实验结果表明,该算法达到了尺度不变特征变换(SIFT)算法的匹配精度,可以应用在整幅图中进行稠密匹配,且运算速度比原有NCC匹配算法大大提高,成功将区域匹配算法应用于水下环境中。     

基于时间序列预测的电子稳像算法研究

块匹配电子稳像算法是一种稳定性好、准确度高的电子稳像算法.块匹配算法在目标区域中从起始点到匹配点进行搜索时,需要对图像块进行反复匹配,计算量大、实时性差成为限制其应用的主要问题.本文从缩小块匹配算法搜索范围的思想出发,提出了一种利用时间序列预测来确定最优搜索起始点的电子稳像算法.根据图像序列全局运动矢量的内部统计特性,选择合适的时间序列模型;采用AIC准则和Durbin-Levinson递推算法估计模型的阶次和参量,并通过残差检验对模型进行检验和更新.利用建立的时间序列模型和历史数据对当前时刻全局运动矢量进行最优预测,并将其作为搜索起点来进行下一步精确搜索.实验结果证明,时间序列预测方法有效缩小了块匹配算法的搜索范围,使计算速度得到较大幅度的提高,并可直接推广到其它电子稳像算法中.     

基于赋权连接图的增量式运动恢复结构算法北大核心CSCD

运动恢复结构算法(structure from motion, SfM)是一种通过计算图像匹配关系,恢复出相机位姿和目标三维结构的重建算法。提出一种基于赋权视角连接图的增量式运动恢复结构算法。首先建立基于图像对立体匹配质量的赋权连接图,量化了图像两两之间的匹配关系;其次在赋权连接图中边的权重的基础上,搜索度数感知的最佳初始种子对;最后根据已重建顶点的连通性构建下一张最佳图像候选集,设计了基于顶点度数与特征点分布的下一张最佳图像评价算法。在公开数据集上实验结果显示,本文算法在重建质量、相机校准率和点云生成数量的表现优于现有先进的运动恢复结构算法,相比基准对比算法,本文算法在不同数据集上平均重建耗时至少降低了19%,点云生成速率至少提升了21%。     

一种基于特征不变描述的图像无缝拼接算法

针对尺度变化不明显场景的拼接,提出一种基于特征不变描述的图像无缝拼接算法.利用Harris特征检测算子进行特征点提取,在此基础上对提取出的特征点采用SIFT描述子进行处理,使其具备旋转不变性,然后利用k-d树算法进行遍历搜索定位,并用RANSAC算法进行图像间单应性变换矩阵计算,最后利用加权平均的融合方法进行图像无缝平滑,得到无缝拼接图像.实验结果表明:该算法在图像任意角度旋转的情况下,能有效地实现图像无缝拼接,并具有较强的鲁棒性.     

一种适用于仿生复眼系统的多路图像拼接算法研究

仿生复眼系统解决了传统单孔径光学系统中视场与分辨率的矛盾关系,兼具了较大的视场和高分辨率。但随着视场和分辨率的增加,图像信息增多,随之带来了图像拼接中效率和质量问题。针对该问题,提出一种基于改进尺度不变特征转换（SIFT）算法和主成分分析（PCA）算法的仿生复眼多路图像拼接融合方法。该方法缩小了特征点提取区域,减少了多路图像特征点匹配次数,降低了图像特征点描述符的维度。再利用改进的自适应迭代随机抽样一致（RANSAC）算法对特征点进行提纯增加鲁棒性,最后通过加权平均算法来完成对多幅子图像的高质量融合。实验结果表明,该算法设计合理,且随着图像信息的复杂程度增加,相较传统算法的拼接效率不断提升,同时保证了较好的拼接质量,可有效拼接融合仿生复眼系统多路图像,对多路图像类系统拼接融合提供借鉴。