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基于人工智能的红外图像特征点匹配方法

激光杂志 2022年第10期43卷 67-71页

作者：韩冰李印鹏张丽娟河北工程技术学院软件学院石家庄050091 河北地质大学华信学院电子信息系石家庄050700

为了提高红外图像提升匹配效果,提出了基于人工智能的红外图像特征点匹配方法。利用尺度不变特征变换算法检测红外图像特征点,通过梯度直方图确定特征点方向,完成特征点提取;利用最近邻搜索算法获取特征点的特征向量,求解查询特征向量... 详细信息

为了提高红外图像提升匹配效果,提出了基于人工智能的红外图像特征点匹配方法。利用尺度不变特征变换算法检测红外图像特征点,通过梯度直方图确定特征点方向,完成特征点提取;利用最近邻搜索算法获取特征点的特征向量,求解查询特征向量至原点的欧式距离,搜索查询特征向量的最近邻点,通过设置的搜索范围参数剔除非最近邻点,缩小搜索范围,在该范围内依据查询特征向量至参考向量的夹角,结合匹配规则获取正确最近邻点,即正确匹配向量;通过随机抽样一致性算法去掉误匹配。实验证明:该方法特征点提取的可重复率高于0.5%,具备较优的特征点提取稳定性;可有效匹配红外图像特征点,提升图像清晰度;在不同旋转角度与光照变化倍数时,该方法匹配后的图像灰度分布更均匀,图像信息含量更加丰富。

关键词：人工智能红外图像特征点匹配尺度不变特征变换直方图欧式距离最近邻搜索

基于IMU紧耦合与多类别特征点匹配的激光SLAM里程计研究

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基于IMU紧耦合与多类别特征点匹配的激光SLAM里程计研究

作者：苏昭宇桂林电子科技大学

学位级别：硕士

实时定位与建图(Simultaneous Localization And Mapping,SLAM)为自动驾驶车辆实现环境感知、决策以及路径规划提供重要保障,是自动驾驶核心关键技术之一。由于激光雷达测距精准和抗干扰能力强,激光SLAM逐渐引起广大专家学者的关注。然... 详细信息

实时定位与建图(Simultaneous Localization And Mapping,SLAM)为自动驾驶车辆实现环境感知、决策以及路径规划提供重要保障,是自动驾驶核心关键技术之一。由于激光雷达测距精准和抗干扰能力强,激光SLAM逐渐引起广大专家学者的关注。然而现有激光SLAM里程计算法在室外动态场景建图时,存在因点云特征点匹配约束不足和地面采样数据较为稀疏而导致激光里程计精度低、鲁棒性差的问题。针对上述问题,本文提出了多类别特征点匹配和IMU与LiDAR紧耦合的两种里程计方法。首先,在特征点匹配方面通过每种类别特征点在欧式距离最小范围内搜索其最近点对应关系,并进行特征点法向量和主向量方向上的一致性检查,使其在距离和方向上的约束更加鲁棒;其次,在IMU与LiDAR紧耦合里程计方面通过IMU状态估计,校正LiDAR数据产生的运动畸变,并使用IMU数据构建系统优化函数,进一步约束位姿,抑制重力矢量方向上的漂移。本文具体研究内容和创新点如下:(1)针对现有激光里程计算法在室外动态环境中进行地图构建时,点云匹配约束不足而造成激光里程计精度低、鲁棒性差的问题,提出一种多类别特征匹配里程计算法。首先,在特征点提取阶段采用双阈值地面滤波,进行地面点和非地面点的分类,对于非地面点,使用基于主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)多类别特征点提取;其次,在多类别特征点匹配阶段,每种类别特征点在欧式距离最小范围内搜索最近点对应关系,并进行特征点法向量和主向量方向上的一致性检查,使得特征点匹配在距离和方向上的约束更加鲁棒。最后,通过实地场景测试,和LeGO-LOAM算法相比,本文算法相对位姿误差降低了25.5%。(2)针对现有激光里程计算法在室外动态环境中建图时,地面采样数据较为稀疏且LiDAR数据存在噪声,易造成重力矢量方向上漂移的问题,提出一种IMU与LiDAR紧耦合里程计算法。首先,在数据预处理阶段进行主干目标点云提取,并采用IMU状态估计,校正LiDAR畸变数据,提高LiDAR数据的质量;其次,在特征匹配阶段进行特征点法向量和主向量的一致性检查,使得特征点匹配在距离和方向上的约束更加鲁棒;最后,使用IMU数据构建紧耦合,进行联合优化估计,抑制重力矢量方向上的漂移,降低激光里程计累计误差,提高里程计精度。通过实地场景测试,和LeGO-LOAM算法相比,本文算法累计误差降低了63.6%。

关键词：激光里程计联合优化估计紧耦合多类别特征点特征点匹配

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基于特征点匹配的电子稳像系统设计

基于特征点匹配的电子稳像系统设计

作者：王一凡西安电子科技大学

学位级别：硕士

电子稳像技术实现了对抖动视频的去抖,在军用和民用领域应用广泛,为成像、瞄准和定位系统提供了更准确稳定的图像。电子稳像算法主要运用于图像存在平移、旋转和尺度缩放变化的场景,在具有旋转抖动的复杂场景中大多以软件方式实现,其具... 详细信息

电子稳像技术实现了对抖动视频的去抖,在军用和民用领域应用广泛,为成像、瞄准和定位系统提供了更准确稳定的图像。电子稳像算法主要运用于图像存在平移、旋转和尺度缩放变化的场景,在具有旋转抖动的复杂场景中大多以软件方式实现,其具有算法复杂、耗时长和对处理器速度要求高的特点。特别是车载电子稳像系统,在要求去除平移和旋转抖动的基础上,同时对器件小型化和算法实时性具有较高的需求。系统级芯片软硬协同的工作方式能够弥补单一软件实现算法的不足,以提高系统性能和实时性。因此,构建基于系统级芯片的电子稳像系统具有重要的工程应用价值。本文针对传统电子稳像系统在平移和旋转模型下实时性低、算法复杂度高的不足,设计了“FPGA+ARM”架构的车载电子稳像系统方案,引入自适应阈值和灰度相似性描述子,构建了基于特征点匹配的ZYNQ实时电子稳像平台,实现了去除视频序列中平移和旋转抖动的核心功能。本文的主要研究工作如下:(1)规划车载电子稳像系统总体方案并设计子单元的功能任务和原理图。综合分析了车载场景电子稳像系统的功能和指标,对系统总体方案进行布局,工作流程进行定义。设计图像采集单元和稳像单元的接口类型和功能任务,并进行了核心器件的选型。对采集和稳像单元的电路原理图和PCB进行设计,确保最终搭建的硬件平台能够为电子稳像系统的设计与实现提供可靠性硬件基础。(2)设计了基于特征点匹配的电子稳像算法方案。以特征点匹配算法为运动估计的基础,针对传统固定阈值运算耗时较长且只能适用于单一场景的问题,引入自适应阈值,使视频序列中特征点数量分布平滑提高了算法的实时性。在原本描述子的基础上增加灰度相似性比较信息,降低了特征点对的误匹配率并提高了描述子的抗干扰能力。(3)完成各功能模块的逻辑设计与系统测试。根据ZYNQ软硬协同的特点划分电子稳像系统的算法逻辑。在可编程逻辑端实现了数据采集、卡尔曼滤波和图像平移,基于流水线和滑块实现了特征点检测并设计了阈值更新的简化流程;在处理系统端实现了特征点匹配和图像旋转;通过可变分辨率实现了综合显示功能。经过稳像测试,在具有平移和旋转抖动的场景中实现了小型化、低功耗和高实时性的电子稳像系统,并展现了较高鲁棒性,有望运用于车载平台并达到良好的稳像效果。通过对静止和运动状态下的抖动视频序列进行稳像实验,本文研究设计的基于特征点检测的电子稳像系统基本实现,能够在具有平移和旋转抖动的场景下实现对720P@30Hz视频的防抖,且具有高集成度、高稳定性、低功耗和高实时性等优点,有望运用于车载平台,具有较好的运用和参考价值。

关键词：电子稳像特征点匹配实时性 ZYNQ

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融合光流与特征点匹配的单目视觉里程计

浙江大学学报（工学版） 2014年第2期48卷 279-284页

作者：郑驰项志宇刘济林浙江大学信息与电子工程学系浙江杭州310027 浙江省综合信息网技术重点实验室浙江杭州310027

针对城市平坦路面准确实时定位的问题,提出将光流跟踪法与特征点匹配进行卡尔曼融合的单目视觉里程计方法.基于平面假设,利用光流跟踪法进行帧间小位移定位,同时利用传统的加速鲁棒特征点(SURF)进行帧间大位移匹配来矫正光流法结果.通... 详细信息

针对城市平坦路面准确实时定位的问题,提出将光流跟踪法与特征点匹配进行卡尔曼融合的单目视觉里程计方法.基于平面假设,利用光流跟踪法进行帧间小位移定位,同时利用传统的加速鲁棒特征点(SURF)进行帧间大位移匹配来矫正光流法结果.通过卡尔曼滤波更新机器人的位置和姿态.结果表明,融合算法克服了光流法定位精度差和特征点匹配法处理速度慢的缺点,突出了光流法实时性和特征点匹配定位准确性的优点,该方法能够提供较准确的实时定位输出,并对光照变化和路面纹理较少的情况有一定的鲁棒性.

关键词：单目视觉里程计光流特征点匹配卡尔曼滤波

应用尺度不变特征变换的多源遥感影像特征点匹配

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光学精密工程 2013年第8期21卷 2146-2153页

作者：刘志文刘定生刘鹏中国科学院对地观测与数字地球科学中心北京100094 中国科学院电子学研究所北京100190 中国科学院大学北京100049

针对多源遥感影像之间灰度值非线性变化导致特征点匹配率大幅度下降的问题,提出了一种利用光谱信息的多源遥感影像特征点匹配算法。首先,以光谱信息对遥感影像波段进行线性拟合,使待匹配影像与参考影像之间的灰度值由非线性转变为线性... 详细信息

针对多源遥感影像之间灰度值非线性变化导致特征点匹配率大幅度下降的问题,提出了一种利用光谱信息的多源遥感影像特征点匹配算法。首先,以光谱信息对遥感影像波段进行线性拟合,使待匹配影像与参考影像之间的灰度值由非线性转变为线性或者近似线性变化。接着,在拟合的遥感影像上采用改进的尺度不变特征变换(SIFT)算法进行匹配。最后,采用随机抽样一致性算法剔除误匹配点对。与常用特征点检测算法(SIFT,梯度位置朝向直方图(GLOH),RS-SIFT)的对比实验结果表明,本文所用的ETM+影像全色与多光谱影像的特征点匹配率提高了4%左右,CBERS-02B和HJ-1B卫星多光谱影像的正确特征点匹配个数增加了8对。因此,在多源遥感影像特征点匹配中,本文所提算法优于其它检测算法,可以极大地改善匹配效果。

关键词：图像处理特征点匹配尺度不变特性变换(SIFT) 多源遥感影像多光谱

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基于特征点匹配的全景相机图像拼接方法研究

农业机械学报 2019年第B07期50卷 150-158页

作者：徐弘祯李世超季宇寒曹如月张漫李寒中国农业大学现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室北京100083 中国农业大学农业农村部农业信息获取技术重点实验室北京100083

全景相机可获取农机周围360°范围内的图像信息,具有覆盖范围大等特点,但需要对多镜头获取的图像进行拼接与融合,才能生成全景图像,为农机避障提供支持。以雷沃欧豹拖拉机为试验平台,搭载全景相机,获取实验农场的农田图像数据。首先对... 详细信息

全景相机可获取农机周围360°范围内的图像信息,具有覆盖范围大等特点,但需要对多镜头获取的图像进行拼接与融合,才能生成全景图像,为农机避障提供支持。以雷沃欧豹拖拉机为试验平台,搭载全景相机,获取实验农场的农田图像数据。首先对多幅图像进行预处理,包括通过柱面投影变换统一坐标系,采用基于特征点的SIFT算法提取图像的特征点并进行匹配;针对传统SIFT算法存在错误匹配而影响图像拼接质量的问题,使用RANSAC算法进行多次优化迭代,达到剔除错误匹配点的效果;针对匹配后生成的图像变换矩阵,为防止其线性结果不稳定并进一步优化结果,采用非线性的LM算法进行优化,使用线性加权平滑算法对图像进行融合,实现全景图像的生成。试验采用计算图像重叠区域相关系数定量评价图像拼接效果,并对获取的30组共60幅图像采用RANSAC算法和LM算法进行处理。结果表明,经过RANSAC算法处理后,误匹配点得到明显剔除,匹配特征点之间的平均几何距离偏移量明显减小,其平均值由39.4013像素下降至0.5819像素,相关系数由0.2878上升至0.7249。与手动设置阈值的剔除误匹配点方法进行了比较,经过RANSAC算法处理后的平均相关系数为0.7249,大于阈值设为0.4时的0.5933,以及阈值设为0.6时的0.2007,证明该算法能够实现多种情况下的图像拼接,剔除误匹配点;经过LM算法处理后,平均几何距离偏移量由0.5819像素进一步下降至0.5693像素,平均相关系数由0.7249进一步上升至0.7261,证明图像变换矩阵得到进一步优化,全景图像的拼接质量得到进一步提高。

关键词：全景相机图像拼接 SIFT算法特征点匹配 RANSAC算法 LM算法

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基于特征点匹配技术的运动估计及补偿方法

光电子．激光 2004年第1期15卷 73-77页

作者：钟平于前洋金光中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130022

提出一种用于电子稳像技术的全局运动估计和补偿算法。通过特征点匹配,求其局部运动矢量;将其代入变换模型所得的线性方程组,求其全局运动矢量。用均值滤波的方法确定各帧的补偿量,并代入给定的变换模型对当前图像进行变换,实现对视频... 详细信息

提出一种用于电子稳像技术的全局运动估计和补偿算法。通过特征点匹配,求其局部运动矢量;将其代入变换模型所得的线性方程组,求其全局运动矢量。用均值滤波的方法确定各帧的补偿量,并代入给定的变换模型对当前图像进行变换,实现对视频图像序列的稳定处理。为了减小特征点匹配计算的复杂性,加快匹配速度,还采用了多分辨率图像金字塔匹配策略。实验表明,使用该算法对于提高动态图像的稳定性有较好的效果。

关键词：特征点匹配运动估计均值滤波数字图像稳定运动补偿运动矢量视频图像

移动视觉测量中基于编码网络的特征点匹配方法研究

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光电子．激光 2014年第5期25卷 937-946页

作者：隆昌宇邾继贵孙博王伟林嘉睿天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

为解决移动视觉测量中多图像间利用极线约束进行特征点匹配时基本矩阵求解精度很难进一步提高问题,提出一种基于网络模型的间接基本矩阵求解方法。首先,利用编码点的自动无误匹配信息建立空间交会共线数学模型;其次,经过优化数学模型建... 详细信息

为解决移动视觉测量中多图像间利用极线约束进行特征点匹配时基本矩阵求解精度很难进一步提高问题,提出一种基于网络模型的间接基本矩阵求解方法。首先,利用编码点的自动无误匹配信息建立空间交会共线数学模型;其次,经过优化数学模型建立精密编码网络,并对相机内部参数和测量站位外部方位参数进行了优化;再次,利用基本矩阵与这些参数之间的关系间接确立基本矩阵;最后,通过精确恢复的极几何模型完成不同图像间特征点的精确匹配。与V-star结果进行比对,验证了编码网络的建立误差平均值为0.051 85mm,均方差为0.020 89mm;与两种经典方法在匹配正确率和极几何恢复精确度方面进行了比对,证明了本文可以精确恢复极几何模型并能提高特征点匹配率。

关键词：特征点匹配基本矩阵移动视觉编码网络共线方程

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树木图像拼接系统特征点匹配

农业机械学报 2010年第10期41卷 195-198,208页

作者：周博郑加强周宏平南京林业大学机械电子工程学院南京210037

运用模板提取和搜索匹配特征点的方法进行了树木图像拼接研究,通过树木图像的颜色分割、灰度化、梯度化获取模板,以相似性测度寻找匹配特征点,结合模板半径与拼接成功率和拼接时间的关系,最终达到拼接成功率94.9%、一次拼接时间174 ms... 详细信息

运用模板提取和搜索匹配特征点的方法进行了树木图像拼接研究,通过树木图像的颜色分割、灰度化、梯度化获取模板,以相似性测度寻找匹配特征点,结合模板半径与拼接成功率和拼接时间的关系,最终达到拼接成功率94.9%、一次拼接时间174 ms的综合水平,为农药精确对靶喷雾技术中扩大采集树木图像视野实时树木图像拼接提供了方法。

关键词：树木图像拼接模板提取特征点匹配相似性测度