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Reliability analysis of multimodal scene matching based on correlation peaks

Chinese Journal of Aeronautics 2024年第9期37卷 433-447页

作者： Zhirui YU Bai ZHU Zhiqiang HAN yuanxin ye Faculty of Geosciences and Engineering Southwest Jiaotong UniversityChengdu 611756China

The navigation system plays a pivotal role in guiding aircraft along designated routes,ensuring precise and punctual arrival at *** integration of scene matching with an inertial navigation system enhances the capability of providing a dependable guarantee for success-ful accomplishment of flight ***,assuring reliability in scene matching encoun-ters significant challenges in areas characterized by repetitive or weak *** tackle these challenges,we propose a novel method to assess the reliability of scene matching based on the dis-tinctive characteristics of correlation *** proposed method leverages the fact that the sim-ilarity of the optimal matching result is significantly higher than that of the surrounding area,and three novel indicators(e.g.,relative height,slope of a correlation peak,and ratio of a sub peak to the main peak)are determined to conjointly evaluate the reliability of scene *** pro-posed method entails matching a real-time image with a reference image to generate a correlation surface.A correlation peak is then obtained by extracting the portion of the correlation surface exhibiting a significant ***,the matching reliability is determined by considering the relative height,slope,and ratio of the peak *** experimental results with two sets of data demonstrate that the proposed method significantly outperforms traditional approaches in terms of precision,recall,and *** experiments also establish the efficacy of the proposed method in achieving reliable matching in challenging environments characterized by repetitive and weak *** enhancement holds the potential to significantly elevate scene-matching-based navigation.

关键词： Unmanned aerial vehicle Scene matching navigation Multimodal scene matching Correlation peak Reliabilityanalysis

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多模态遥感图像配准方法研究综述

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中国图象图形学报 2024年第8期29卷 2137-2161页

作者：朱柏叶沅鑫西南交通大学地球科学与工程学院成都611756 高速铁路安全运营空间信息技术国家地方联合工程实验室成都611756

随着对地观测技术的不断发展,从星载、机载和地面平台上众多的一体化立体观测设施被发射,这些传感器设备可以动态提供不同空间、时间和光谱分辨率的多模态遥感图像,只有充分利用各类多模态遥感图像才能有效地为自然资源管理、防灾减灾... 详细信息

随着对地观测技术的不断发展,从星载、机载和地面平台上众多的一体化立体观测设施被发射,这些传感器设备可以动态提供不同空间、时间和光谱分辨率的多模态遥感图像,只有充分利用各类多模态遥感图像才能有效地为自然资源管理、防灾减灾和环境监测等不同应用提供更可靠和全面的对地观测结果。但是由于不同传感器之间的成像机理不同,多模态图像之间呈现显著的辐射差异、几何差异、时相差异和视角差异等,给多模态遥感图像高精度的配准带来了巨大的挑战。为推进多模态遥感图像配准研究技术的发展,本文对当前主流的多模态遥感图像配准方法系统性地进行了梳理、分析、介绍和总结。首先梳理了单模态到多模态遥感图像配准的研究发展演化过程;然后分别分析了基于区域、基于特征和基于深度学习方法中代表性算法的核心思想,并给出已开源代码的链接;同时分享了现有公开的多模态遥感图像配准数据集,介绍了数据集的详细内容和特点;最后给出了现阶段多模态遥感图像高精度配准研究中所存在的一些问题和严峻挑战,并对未来研究的发展趋势进行了前瞻性的展望,旨在推动多模态遥感图像配准领域实现更加深入的突破和创新。

关键词：遥感传感器多模态图像图像配准配准数据集

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基于方向相位稠密特征的多传感器遥感影像配准方法和系统

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遥感学报 2024年第6期28卷 1525-1538页

作者：叶沅鑫王蒙蒙杨超喻智睿葛旭明西南交通大学地球科学与工程学院成都611756

针对多传感器遥感影像间因显著几何畸变和非线性灰度差异造成的配准困难问题,本文提出了一种基于结构相似性的快速精确配准方法。首先,为构建多传感器影像间的稳健结构特征,本文引入光照和对比度不变性的相位一致性模型,利用相位一致性... 详细信息

针对多传感器遥感影像间因显著几何畸变和非线性灰度差异造成的配准困难问题,本文提出了一种基于结构相似性的快速精确配准方法。首先,为构建多传感器影像间的稳健结构特征,本文引入光照和对比度不变性的相位一致性模型,利用相位一致性特征值和特征方向,构建了一种逐像素的三维结构特征描述符—方向相位稠密特征DFOP(Dense Feature of Orientated Phase)。该特征描述符通过捕捉影像的几何结构分布,能够有效抵抗多传感器影像间的灰度差异;其次,基于模板匹配的策略,将DFOP描述符变换到频率域,并进行快速子像素精度匹配,从而研制出了一种快速鲁棒的多传感器遥感影像配准系统;最后,通过利用多种地貌类型的多传感器遥感影像对所提出的方法进行测试。测试结果表明,相较于其他基于灰度或结构特征的匹配方法,本研究提出的DFOP方法能够获得更高的匹配正确率,且所开发的配准系统也优于商业软件ENVI以及ERDAS的配准模块。

关键词：多传感器遥感影像影像配准相位一致性方向相位稠密特征影像配准系统

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面向遥感影像匹配的特征点检测算子性能评估

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西南交通大学学报 2016年第6期51卷 1170-1176页

作者：叶沅鑫慎利西南交通大学高速铁路运营安全空间信息技术国家地方联合工程实验室四川成都610031 四川省应急测绘与防灾减灾工程技术研究中心四川成都610041

在基于特征点的匹配方法中,特征点检测是非常关键的步骤,直接影响到匹配的效果.为了确立遥感影像匹配过程中特征点算子的选择依据,本文从光谱、时相和尺度(分辨率)3个方面,选择不同类型的遥感影像作为实验数据,以特征点重复率作为评估标... 详细信息

在基于特征点的匹配方法中,特征点检测是非常关键的步骤,直接影响到匹配的效果.为了确立遥感影像匹配过程中特征点算子的选择依据,本文从光谱、时相和尺度(分辨率)3个方面,选择不同类型的遥感影像作为实验数据,以特征点重复率作为评估标准,对当前主流的Harris-Laplace、Hessian-Laplace、Do G和M_SER 4种特征点检测算子进行性能评估,并分析了每一种算子的优缺点和适用范围.实验结果表明:在光谱和时相方面,Hessian-Laplace的平均重复率达到40%,性能最好,其次为Harris-Laplace和Do G,而M_SER的性能相对较弱;而对于尺度方面,M_SER表现出最好的性能,平均重复率达到35%,其次为Hessian-Laplace,而Harris-Laplace和Do G的性能较弱.

关键词：遥感影像影像匹配特征点检测重复率

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深度卷积特征表达的多模态遥感影像模板匹配方法

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测绘学报 2019年第6期48卷 727-736页

作者：南轲齐华叶沅鑫西南交通大学地球科学与环境工程学院

多模态遥感影像间(光学、红外、SAR等)存在显著的非线性辐射差异,传统方法难以有效地提取影像间的共有特征,匹配效果不佳.鉴于此,本文将深度学习方法引入影像匹配中,提出了一种基于Siamese网络提取多模态影像共有特征的匹配方法.首先通... 详细信息

多模态遥感影像间(光学、红外、SAR等)存在显著的非线性辐射差异,传统方法难以有效地提取影像间的共有特征,匹配效果不佳.鉴于此,本文将深度学习方法引入影像匹配中,提出了一种基于Siamese网络提取多模态影像共有特征的匹配方法.首先通过去除Siamese网络中的池化层和抽取特征来优化该网络,保持特征信息的完整性和位置精度,使其可有效地提取多模态影像间的共有特征,然后采用模板匹配策略,实现多模态遥感影像高精度匹配.通过利用多组多模态遥感影像进行试验,结果表明,本文方法的匹配正确率和匹配精度都优于传统的模板匹配方法.

关键词：多模态影像影像匹配深度学习 Siamese网络

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三维应力作用下砂砾岩孔隙型渗流

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清华大学学报（自然科学版） 2007年第3期47卷 335-339页

作者：叶源新刘光廷清华大学水利水电工程系北京100084

为了掌握砂砾岩在三维应力作用下的渗流规律,开展了理论和试验研究。把渗透系数设定成孔隙率变化量的函数,再基于孔隙弹性理论推导孔隙率变化量和应力之间的关系,建立了孔隙型岩石的渗流应力耦合特性关系式,其表明平均有效应力是控制孔... 详细信息

为了掌握砂砾岩在三维应力作用下的渗流规律,开展了理论和试验研究。把渗透系数设定成孔隙率变化量的函数,再基于孔隙弹性理论推导孔隙率变化量和应力之间的关系,建立了孔隙型岩石的渗流应力耦合特性关系式,其表明平均有效应力是控制孔隙型岩石渗透系数变化的主要因素。在渗流-三轴应力耦合试验机上开展的砂砾岩渗流应力耦合试验的结果进一步证明,砂砾岩渗透系数与平均有效应力成负指数函数关系。根据理论分析和试验结果建立了砂砾岩在三维应力作用下的耦合特性关系模型。

关键词：砂砾岩渗流应力耦合三维应力平均有效应力

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局部相位特征描述的多源遥感影像自动匹配

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武汉大学学报（信息科学版） 2017年第9期42卷 1278-1284页

作者：叶沅鑫慎利陈敏王继成西南交通大学高速铁路运营安全空间信息技术国家地方联合工程实验室四川成都610031

由于影像间显著的几何和辐射差异,多源遥感影像自动匹配一直是目前研究的难点问题。首先引入具有光照和对比度不变性的相位一致性模型,并对其进行扩展,构建相位一致性的特征方向信息,然后借助于梯度方向直方图的模板结构,利用其特征值... 详细信息

由于影像间显著的几何和辐射差异,多源遥感影像自动匹配一直是目前研究的难点问题。首先引入具有光照和对比度不变性的相位一致性模型,并对其进行扩展,构建相位一致性的特征方向信息,然后借助于梯度方向直方图的模板结构,利用其特征值和特征方向,建立一种局部特征描述符——局部相位一致性方向直方图(local histogram of orientated phase congruency,LHOPC),最后利用欧氏距离作为匹配测度进行同点名识别。对四组多源遥感影像进行试验,其结果表明,相比于尺度不变特征转换和加速鲁棒性特征算法,LHOPC能更为有效的抵抗影像间的辐射差异,提高了匹配性能。

关键词：遥感影像影像匹配相位一致性 LHOPC

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基于空间约束和结构特征的光学与SAR影像配准

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武汉大学学报（信息科学版） 2022年第1期47卷 141-148页

作者：王蒙蒙叶沅鑫朱柏张过西南交通大学地球科学与环境工程学院四川成都611756 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室湖北武汉430079

针对光学和合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)影像间的几何形变和辐射差异造成的配准困难问题,提出一种基于空间几何约束和结构特征的光学影像与SAR影像自动配准方法。首先,利用分块的Harris算子在输入影像上提取分布均匀的... 详细信息

针对光学和合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)影像间的几何形变和辐射差异造成的配准困难问题,提出一种基于空间几何约束和结构特征的光学影像与SAR影像自动配准方法。首先,利用分块的Harris算子在输入影像上提取分布均匀的特征点,根据有理函数模型对输入影像进行局部几何纠正,实现输入影像与参考影像间的局部粗配准;其次,利用影像的方向梯度信息构建几何结构特征描述符,并将其转换到频率空间,以相位相关为相似性测度,采用模板匹配的策略进行同名点快速识别;再次,由最小二乘法根据影像间的空间几何约束关系进行误差剔除;最后,进行几何纠正实现影像间的精配准。通过利用多组国产高分辨率光学和SAR影像进行实验,实验结果表明,与传统配准方法相比,该方法具有更高的匹配速率与配准精度。

关键词：合成孔径雷达影像光学影像空间几何约束结构特征影像配准

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水力吹填堤坝危险水力条件和防渗墙受力分析

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河海大学学报（自然科学版） 2012年第4期40卷 426-431页

作者：王路军李锐叶源新上海市水利工程设计研究院上海200061 上海青草沙投资建设发展有限公司上海201206

针对潮汐河口水力吹填堤坝的特点,对河口边滩水库堤坝边坡稳定的危险水力条件进行研究,采用非线性有限元方法结合防渗墙施工工艺特点分析水库蓄水后柔性防渗墙的应力应变,探讨不同墙体材料、变形模量以及工后沉降对墙体应力应变的影响... 详细信息

针对潮汐河口水力吹填堤坝的特点,对河口边滩水库堤坝边坡稳定的危险水力条件进行研究,采用非线性有限元方法结合防渗墙施工工艺特点分析水库蓄水后柔性防渗墙的应力应变,探讨不同墙体材料、变形模量以及工后沉降对墙体应力应变的影响。研究结果表明:潮汐河口水力吹填堤坝在外海潮位快速降落时不会达到骤降状态;河口边滩水库围堤采用柔性防渗墙是安全可行的,设计中应尽量选用"高强低弹"的防渗体材料,合理控制弹强比。

关键词：潮汐河口堤坝水力吹填堤坝危险水力条件防渗墙应力应变分析河口边滩水库青草沙水库大坝

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渗流-三轴应力耦合试验机的研制

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清华大学学报（自然科学版） 2007年第3期47卷 323-326页

作者：刘光廷叶源新徐增辉清华大学水利水电工程系北京100084

为了对工程设计提供必要的依据,需要进行岩体的渗流-三轴应力耦合研究。由于缺乏相应的试验设备,因此研制了渗流-三轴应力耦合试验机,该设备由密封、水压控制、三轴加载、流量计量、自动控制及数据采集系统5部分组成,能够在垂直于渗流... 详细信息

为了对工程设计提供必要的依据,需要进行岩体的渗流-三轴应力耦合研究。由于缺乏相应的试验设备,因此研制了渗流-三轴应力耦合试验机,该设备由密封、水压控制、三轴加载、流量计量、自动控制及数据采集系统5部分组成,能够在垂直于渗流向的两个方向上实现独立加载。研制过程中引入了一些新工艺,采用聚氨酯密封胶实现了试件在高水压下的密封,引入阻尼器削减水压振幅以获得平稳的高水压源,采用油封技术解决小流量测量中的蒸发问题。

关键词：渗流应力耦合试验机三轴应力渗透性

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