一种新的快速运动估计算法

 数字化战场的发展使得红外图像信息的传输量迅速增加,因此必须对图像信息进行压缩处理,运动估计是图像压缩的关键部分。针对运动矢量的分布特点,提出了一种新的运动估计搜索算法,该算法先按照菱形搜索模板进行粗搜索,产生当前步的搜索点,并计算出各点的SAD值,根据最小SAD值是否在菱形搜索模板中心点,确定下一步的搜索方式,直到最小SAD值对应的点为菱形中心点,然后以方形搜索模板搜索,则最小SAD值对应的点即为最佳匹配点,最后得出运动矢量。测试结果表明,本算法比FS算法每帧的搜索速度提高了近20倍,与DS算法相比,搜索速度亦可以提高近20%,有效地节省了搜索时间,且基本上保持了全搜索FSA的性能,适合实时应用的要求。     

基于稀疏光流法的ORB特征匹配优化

针对图像特征误匹配数量大的问题，提出一种基于稀疏光流法的ORB图像特征点匹配算法。对特征点进行暴力匹配得到初始匹配点集，利用稀疏光流法计算特征点运动向量，估计出特征点在待匹配图像中的二维坐标位置，剔除偏离估计位置较远的特征点匹配对，最后利用随机抽样一致算法进行几何校验进一步优化匹配结果，达到剔除误匹配的效果。实验结果表明:该算法相较于ORB算子、SIFT算子、SURF算子准确率平均提升了21.6%，较RANSAC-ORB算法准确率平均提升了2%，且该算法对图像光照变换、视角变换、模糊变换、旋转和缩放变换和光照变化具有较好的通用性。     

电子稳像的特征点跟踪算法

提出一种利用特征跟踪进行电子稳像的算法,该算法具有计算量小,精度高,有鲁棒性等优点。算法由两部分构成:(1)基于特征点集二维运动模型进行全局运动估计。提取图像的特征点,以其为中心建立特征窗进行块匹配,得到匹配特征点集,根据特征点集内具有稳定相对位置的结构特征,提出距离不变准则,对特征匹配进行验证,以保证各点的局部运动具有良好的全局一致性,从而形成特征点集的全局运动矢量;(2)利用自适应均值滤波去除摄像机抖动。均值滤波器可以有效平滑摄像机的高频抖动,同时滤波器尺寸自适应地根据抖动频率来调整大小,能够防止过稳或欠稳。实验结果表明,该算法能够有效减轻摄像机的旋转和平移抖动。     

基于特征点跟踪的数字稳像算法

针对图像平移和旋转的数字电子稳像问题,提出了一种新的稳像算法。采用K-R法(Kitchen-Rosenfeld)提取图像特征,根据Similarity变换模型进行运动估计,将图像平移和旋转模型转化为仅绕中心点旋转的单一旋转模型,降低了模型的复杂度和计算量。实验证明,这种算法具有很好的稳像效果。     

鲁棒的车载红外视频电子稳像算法

针对车辆行进中,红外热像仪拍摄的视频序列存在复杂的随机抖动,提出基于BRISK特征点匹配的运动估计算法,计算出高精度全局运动矢量,同时对于特征点匹配时出现误匹配及场景中存在前景运动物体的情况,采用模糊聚类法分离全局运动和局部运动,提高了算法的鲁棒性。提出了基于Kalman粒子滤波算法,有效实现了复杂扫描运动和随机抖动的分离,并利用双线性插值法进行图像补偿。采用快速图像拼接法进行未定义区域处理,实现了图像全景输出。还利用车载红外热像仪实际拍摄的红外视频进行了稳像实验。实验结果表明,视频序列获得了很好的稳像效果,能够满足实际应用要求。     

基于运动方向估计的管道滤波算法

管道滤波算法提出了从时域角度解决弱小目标检测问题的思路,对于红外强起伏天空背景中弱点目标的检测问题,管道内强噪音的干扰以及低信噪比的条件会导致检测概率降低的情况出现.本文提出了一种运动方向估计的管道滤波算法,分析了红外弱点目标的运动特性,依据弱点目标在相邻帧间位置具有连贯性的特征,建立了弱点目标的运动方向估计模型.在模型中利用弱点目标逐帧检测的先验位置信息,估计弱点目标的运动方向和轨迹,根据估计结果去除管道内噪音对弱点目标的干扰.仿真结果表明,该方法能够很好地抑制管道内噪音的影响,提高弱点目标的检测概率,增强弱点目标抗管道内噪音干扰的能力.     

Nonlinear suboptimal tracking control of spacecraft approaching a tumbling target

We investigate the close-range relative motion and control of a spacecraft approaching a tumbling target. Unlike the traditional rigid-body dynamics with translation and rotation about the center of mass(CM), the kinematic coupling between translation and rotation is taken into consideration to directly describe the motion of the spacecraft's sensors or devices which are not coincident with the CM. Thus, a kinematically coupled 6 degrees-of-freedom(DOF) relative motion model for the instrument(feature point) is set up. To make the chaser spacecraft's feature point track the target's, an optimal tracking problem is defined and a control law with a feedback-feedforward structure is designed. With quasi-linearization of the nonlinear dynamical system, the feedforward term is computed from a specified constraint about the dynamical system and the reference model, and the feedback action is derived starting from the state-dependent Ricca equation(SDRE). The proposed controller is compared with an existing suboptimal tracking controller, and numerical simulations are presented to illustrate the effectiveness and superiority of the proposed method.     

姿态倾斜对时-空联合调制型干涉成像光谱仪成像质量的影响

时空联合调制型干涉成像光谱仪获取的像面干涉图是带有干涉条纹的二维空间图像,具有对姿态变化敏感的特点.根据该类仪器的成像过程,在竖直摄影时,相邻两帧像面干涉图之间的像移量为一列像元;偏离竖直摄影时,由于像面干涉图的几何变形或旋转,会引入非正常像移.利用共线方程导出了这一非正常像移量的表达式.利用仿真计算说明:这一非正常像移会在像面干涉图序列中不断积累,导致提取出的物体干涉信息失真.在竖直摄影而平台指向精度较低、倾斜摄影、探测器阵列的安装方向精度较低或者航空成像且存在偏流角时,必须对像面干涉图进行有效校正,才能保证最终反演出的物体光谱的真实性.     

基于几何代数的彩色光流场计算

提出了一种新的基于几何代数的彩色光流场计算方法.从新的角度出发讨论了运用几何代数的概念来解决彩色图像序列的可行性和简便性.在几何代数域内对彩色图像序列用多重矢量表示,证明了彩色光流场分析时进行约束条件时的测量问题,通过多重矢量而非多通道的图像处理方法来表示图像连续特性,从而扩大了测量范围;然后依据物体色彩在运动过程中保持不变的原理,在几何代数域内推导了彩色图像序列的光流约束方程及其解法.结果表明,该算法能够显著提高各种情况下的彩色光流场计算能力.     

一种改进的代表点匹配算法在稳像技术中的应用

提出一种用于电子稳像技术改进的代表点匹配算法。通过合理的划分区域,保证在区域内各点运动的一致性,利用代表点匹配算法确定各区域内的运动矢量,并把其代入变换模型可得关于旋转、平移和变焦等信息的线性方程组,求其方程的解得全局运动矢量。利用该方法的特点是,具有速度快,并能求出平移运动和旋转运动参数,实现图像运动的平移和旋转补偿。实验表明,改进的稳像算法对于提高动态图像的稳定性具有较好的效果。     

基于特征匹配的电子稳像优化技术

针对特征匹配的电子稳像算法存在特征点提取耗时多、准确度不高以及特征点误匹配等问题,从特征点提取及特征点匹配两个方面采取了优化措施,采用基于快速分割特征点提取算法更快地提取特征点,并把特征点定位准确度提高到亚像素级;引入随机采样一致性算法消除误匹配的特征点对,减少场景中局部运动的影响,提高了全局运动参量的估计准确性.实验结果表明,经优化技术处理后,视频稳像准确度高、速度快,能够在存在平移、缩放、旋转及局部有相对运动等情况时保持良好的视频稳像效果.     

基于特征匹配的电子稳像优化技术

针对特征匹配的电子稳像算法存在特征点提取耗时多、准确度不高以及特征点误匹配等问题,从特征点提取及特征点匹配两个方面采取了优化措施,采用基于快速分割特征点提取算法更快地提取特征点,并把特征点定位准确度提高到亚像素级;引入随机采样一致性算法消除误匹配的特征点对,减少场景中局部运动的影响,提高了全局运动参量的估计准确性.实验结果表明,经优化技术处理后,视频稳像准确度高、速度快,能够在存在平移、缩放、旋转及局部有相对运动等情况时保持良好的视频稳像效果.     

实时运动结构重建在自主导航系统中的应用

实时运动结构重建是自主车辆、机器人导航、空间探测器自主降落、智能监控等领域中的重要研究课题。目前实时运动结构重建主要存在着特征匹配困难、鲁棒性差、系统无法自动获取初始参数和需要大量人工干预等诸多问题。利用高速CMOS摄像机与惯性传感数据融合提高了运动结构重建算法的精度及其鲁棒性。该算法在扩展卡尔曼滤波框架下是通过融合惯性与视觉传感器的数据来进行运动估计的。对场景中的每一个待估计结构的特征点建立对应的卡尔曼滤波器,以估计其空间三维结构信息。运动估计模块与结构估计模块交替运行,减小了系统运算的复杂度,提高了实时性能。通过对真实场景图像序列的实验验证结果表明,惯性传感器的额外信息能够有效地提高运动结构估计的精度,能够增强算法的鲁棒性。     

旋转扫描式成像光谱仪高光谱的几何变形矫正

Offner成像光谱仪是一种线推扫式成像系统,需要光谱仪与物体之间存在相对移动,从而记录整个区域的光谱和形貌信息。在光谱仪镜头前放置一块反射镜进行旋转扫描,也可以对大尺度物体进行高光谱成像,并且相机固定不动。然而旋转扫描时,记录的高光谱图存在较大的几何误差。该工作分析一般情况下Offner成像光谱仪单次拍摄得到的物点和像点的投影关系;根据投影关系,以旋转角为变量,分析物点在成像面上的投影分布,给出图像几何变形的矫正方法。在成像光谱仪上设计并安装了反射镜旋转扫描装置,进行旋转扫描实验,通过矫正算法,得到了清晰的高光谱图。     

核密度估计时-空域滤波红外背景抑制方法

提出一种基于核密度估计的时-空域滤波算法,用于红外搜索跟踪系统图像的背景抑制。算法分为空域滤波和时域滤波两部分。在空域滤波中,采用核密度估计算法对背景进行平滑;在时域滤波中,采用核密度估计算法对经过空域滤波后的图像灰度值进行概率计算,判别属于背景残差的灰度值,然后做进一步的滤除。核方法对背景有很好的光滑性且易于计算机实现,实验表明,这种非参方法设计的时-空域滤波算法对背景杂波有非常良好的抑制效果,信噪比也得到明显提高。     

基于特征匹配的快速鲁棒数字稳像

针对手持移动摄像装置拍摄视频序列相邻帧间存在平移、小角度旋转运动,而且易受噪声、光照变化的影响等问题,提出一种基于优化Oriented FAST and rotated BRIEF(ORB)特征匹配的实时鲁棒电子稳像算法。对相邻帧预处理后用Oriented FAST算子检测特征点,再用Rotated BRIEF描述提取的特征点并采用近邻汉明距离匹配特征点对,然后采用级联滤波去除误匹配点对,最后使用迭代最小二乘法(ILSM)拟合模型参量进行运动补偿实现稳像。图像匹配测试和稳像实验结果表明:基于改进的ORB算法的电子稳像方法补偿每一帧的时间均小于0.1 s,定位精度可达亚像素级,能有效补偿帧间平移旋转运动,而且对噪声和光照变化有较强鲁棒性。经稳像处理后,实拍视频质量明显提高,峰值信噪比（PSNR）平均提高了10 db。     

动态图像序列运动矢量估计算法的研究

运动估计在电子稳像系统中起重要的作用。介绍和比较了几种运动矢量估计算法。为了提高电子稳像系统的性能,提出了在设计电子稳像系统时选取运动矢量估计算法的原则。通过比较应用在航摄图像序列中的投影算法和匹配算法的性能,说明了如何应用运动矢量估计算法的原则。仿真结果表明,根据此原则选取的运动矢量估计算法应用于电子稳像系统是可行的。     

An enhanced non-uniformity correction algorithm for IRFPA based on neural network

Influenced by detector materials’ non-uniformity, growth and etching techniques, etc., every detector’s responsivity of infrared focal plane arrays (IRFPA) is different, which results in non-uniformity of IRFPA. And non-uniformity of IRFPA generates fixed pattern noises (FPN) that are superposed on infrared image. And it may degrade the infrared image quality, which greatly limits the application of IRFPA. Non-uniformity correction (NUC) is an important technique for IRFPA. The traditional non-uniformity correction algorithm based on neural network and its modified algorithms are analyzed in this paper. And a new improved non-uniformity correction algorithm based on neural network is proposed in this paper. In this algorithm, the desired image is estimated by using three successive images in an infrared sequence. And blurring effect caused by motion is avoided by applying implicit motion detection and edge detection. So the estimation image is closer to real image than the estimation image estimated by other algorithms, which results in fast convergence speed of correction parameters. A comparison is made to these algorithms in this paper. And experimental results show that the algorithm proposed in this paper can correct the non-uniformity of IRFPA effectively and it prevails over other algorithms based on neural network.     

基于预滤波迭代梯度法的运动估计

提出一种对小平移和大平移图像序列进行运动估计的新算法 预滤波迭代梯度法,预滤波迭代梯度法就是先对图像进行低通滤波,然后用迭代梯度法进行运动估计。结果表明,该方法比梯度法、预滤波梯度法和迭代梯度法具有更高的估计精度,而且可以很好地抑制噪声的影响。     

非合作线谱声源分布式定位方法

非合作目标定位是水声定位领域的研究热点。为充分挖掘并利用各类可观测参数,提高非合作目标定位能力,本文提出一种基于目标频率变化信息的非合作目标定位方法。该方法针对匀速直线运动目标的定位问题,首先根据多普勒频移原理,建立观测频率与目标辐射频率、目标运动速度、位置之间的函数映射关系,利用最小均方准则建立目标函数,通过优化算法估计分布式定位系统中各个测量单元与目标运动轨迹的致近点距离,最后综合各观测节点的测距结果,构建几何定位模型,求得目标运动轨迹的解析解。本文通过仿真分析,证明了该方法的有效性,并指出了该方法需要目标通过与各测量单元的致近点才能获得较好的距离估计能力。文中分析了不同频率估计精度对定位精度的影响,结果表明,提出的定位方法对测频精度具有一定的容限,是一种高精度的非合作线谱声源定位方法。