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基于地球重力场模型的重力匹配数据随机线性化方法

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中国惯性技术学报 2022年第3期30卷 328-335页

作者：黄炎李姗姗谭勖立王傲明范雕付林威中国人民解放军战略支援部队信息工程大学地理空间信息学院郑州450001

针对惯性/重力/重力梯度组合导航EKF算法中,随机线性化方法不考虑重力场固有属性以及验前随机变量的不确定因素,从而导致真实验后均值和协方差携带较大误差,滤波性能损失甚至发散问题,依据重力、重力梯度本身物理特性,提出基于地球重力... 详细信息

针对惯性/重力/重力梯度组合导航EKF算法中,随机线性化方法不考虑重力场固有属性以及验前随机变量的不确定因素,从而导致真实验后均值和协方差携带较大误差,滤波性能损失甚至发散问题,依据重力、重力梯度本身物理特性,提出基于地球重力场球谐模型的随机线性化方法。进而,为保证滤波实时性,建立了适用于并行计算的地球重力场模型线性化矩阵运算公式,并通过GPU并行方案提高了模型线性化过程的计算效率。某海域仿真实验结果表明:利用重力场球谐模型线性化方法进行EKF滤波匹配,相较于九点拟合法和双二次曲面拟合法的导航定位精度均提高了37.5%以上,可以有效削弱线性化误差,避免滤波发散,提高系统导航定位精度,且线性化耗时优于0.02 s,满足匹配导航实时性需求。

关键词：随机线性化 EIGEN-6C4 地球重力场球谐模型重力异常重力梯度

结构语义辅助约束的数字孪生场景虚实配准方法

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地球信息科学学报 2023年第5期25卷 883-895页

作者：胡校飞周杨蓝朝桢黄高爽赵璐颖中国人民解放军战略支援部队信息工程大学地理空间信息学院郑州450001

数字孪生城市通常以实景三维模型为空间数据体,并集成各类传感器的物联感知数据,实现虚实融合目的。作为最常用的传感器类型之一,将城市中的视觉传感器与虚拟的实景三维模型准确地配准是数字孪生城市应用的关键,但是现有方法获取的户外6... 详细信息

数字孪生城市通常以实景三维模型为空间数据体,并集成各类传感器的物联感知数据,实现虚实融合目的。作为最常用的传感器类型之一,将城市中的视觉传感器与虚拟的实景三维模型准确地配准是数字孪生城市应用的关键,但是现有方法获取的户外6DOF位姿精度通常不足,致使视觉传感器配准精度不高。本文提出了一种结构语义辅助约束的数字孪生场景虚实配准方法,从图像中提取出包含结构语义信息的铅垂线,并生成虚拟场景的透视图和逆深度图,在逆深度和结构语义的约束下,准确地恢复传感器位姿,实现视觉传感器图像在虚拟场景空间中的融合配准。通过试验证明,该方法可以有效对初始位姿进行优化,进而提高数字孪生城市中视觉传感器的配准精度。

关键词：数字孪生城市实景三维虚实融合视觉传感器地理配准视觉地理定位

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图像地理定位研究进展

地球信息科学学报 2023年第7期25卷 1336-1362页

作者：黄高爽周杨胡校飞赵璐颖张呈龙中国人民解放军战略支援部队信息工程大学地理空间信息学院郑州450001

图像地理定位是将没有地理位置的图像,通过一系列方法获得对应地理位置,使其与现实地理空间建立关联映射的技术。该技术对进一步挖掘图像信息有着重要的作用,在网络空间测绘、情报获取、用户室外定位、增强现实等方面具有较高的应用价... 详细信息

图像地理定位是将没有地理位置的图像,通过一系列方法获得对应地理位置,使其与现实地理空间建立关联映射的技术。该技术对进一步挖掘图像信息有着重要的作用,在网络空间测绘、情报获取、用户室外定位、增强现实等方面具有较高的应用价值。尽管计算机视觉领域取得了巨大的进展,但是由于图像地理定位涉及到图像特征提取、大规模数据检索、大规模点云处理、深度学习、地理信息特征提取、几何建模与推理、语义场景理解、基于上下文的推理、多数据融合应用等多个领域,所以对图像的高精度自动地理定位仍是需要进一步解决的难题。本文对图像地理定位研究进展进行了梳理,主要包括图像地理定位方法、图像地理定位数据集、图像地理定位评价方法和图像地理定位总结与展望4个方面。首先按照研究内容相关性将图像地理定位方法分为了图像检索、2D-3D匹配和跨模态检索3类方法,并详细介绍了每一类方法的最新研究进展;其次对图像地理定位研究所用的数据集和评价方法进行了归类与总结;最后分析了图像地理定位的研究现状,并从全球地理定位、自然区域地理定位、多方法融合地理定位、基于POI数据的地理定位和预选位置的精细化定位等方面对图像地理定位的未来研究方向进行了展望。

关键词：图像地理定位网络空间测绘图像检索多源数据评价方法数据集

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一种星载平台轻量化快速影像匹配方法

地球信息科学学报 2022年第5期24卷 925-939页

作者：岳振宇范大昭董杨纪松李东子中国人民解放军战略支援部队信息工程大学地理空间信息学院郑州450001

针对现有传统影像匹配在星载平台有限的存储及算力条件下难以快速计算的问题,本文提出一种适用于星载平台的、基于哈希学习的轻量化快速影像匹配方法。该方法以同源卫星影像的特征描述符作为训练集计算哈希函数,并利用训练好的哈希函数... 详细信息

针对现有传统影像匹配在星载平台有限的存储及算力条件下难以快速计算的问题,本文提出一种适用于星载平台的、基于哈希学习的轻量化快速影像匹配方法。该方法以同源卫星影像的特征描述符作为训练集计算哈希函数,并利用训练好的哈希函数将特征点的浮点型特征描述符映射至汉明空间,实现特征点对间相似度的快速计算,进一步通过剔除误匹配点获得精确匹配结果。同时,训练集中的特征描述符的种类可根据星载平台载荷的传感器类型、影像分辨率及目标区域影像的地貌类型进行灵活选择,使得本文方法具备良好的可重构性;计算汉明距离衡量特征点对间的相似度,提高本文方法在星载平台轻量化处理的应用能力。选取不同时刻资源三号卫星影像及高分七号卫星影像进行匹配对比实验,本文方法轻量化处理后的LW-SIFT方法相较于经典SIFT方法,在耗时方面减少50.12%,且增加正确匹配点数达20.28%。实验结果表明,本文方法能够显著提升影像匹配的精确度及时效性,有较大的应用潜力,能够为星载平台应用提供有力支撑。

关键词：星载平台快速匹配高空间分辨率遥感影像高分七号资源三号影像特征描述符轻量化哈希映射二值型特征描述符

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可见光通信与双目视觉的室内定位

光学精密工程 2020年第4期28卷 834-843页

作者：孙森震李广云冯其强王力中国人民解放军战略支援部队信息工程大学地理空间信息学院河南郑州450001

提出一种基于可见光通信与双目视觉测量的高精度室内定位方法,旨在为室内移动机器人提供一种精度高、成本低、不易受干扰的室内定位方案。该方法利用双目视觉传感器对LED光源进行成像测量,利用惯性测量单元传感器记录成像测量的三维姿态... 详细信息

提出一种基于可见光通信与双目视觉测量的高精度室内定位方法,旨在为室内移动机器人提供一种精度高、成本低、不易受干扰的室内定位方案。该方法利用双目视觉传感器对LED光源进行成像测量,利用惯性测量单元传感器记录成像测量的三维姿态角,并通过可见光通信技术获取LED光源的坐标信息,最终计算双目视觉传感器相对于LED光源的三维坐标。根据该方法研制了一款基于可见光通信与成像的定位模块,该模块可以利用单个或两个LED光源进行成像定位。当定位模块采用1280×720分辨率的图像时,在2 m×2 m×3 m室内环境中可实现厘米级移动定位,定位频率大于5 Hz;当利用两个相距60 cm的LED光源进行定位时,在三维方向上的定位误差均小于5 cm,同时能够提供小于1.4°的定向纠正。该方法可以为室内移动机器人提供厘米级定位导航服务。

关键词：可见光通信双目视觉成像定位室内导航

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采用空洞卷积的多尺度融合草图识别模型

西安电子科技大学学报 2021年第5期48卷 92-99页

作者：杨云航闵连权中国人民解放军战略支援部队信息工程大学地理空间信息学院河南郑州450001

针对现有的基于深度学习的草图识别方法大多将普通卷积作为草图特征提取的主要手段。而忽略了草图对象的稀疏性特点,提出了一种通过空洞卷积实现草图特征提取的草图识别模型。该模型将空洞卷积和普通卷积融合,利用空洞卷积不增加卷积核... 详细信息

针对现有的基于深度学习的草图识别方法大多将普通卷积作为草图特征提取的主要手段。而忽略了草图对象的稀疏性特点,提出了一种通过空洞卷积实现草图特征提取的草图识别模型。该模型将空洞卷积和普通卷积融合,利用空洞卷积不增加卷积核有效单元数量即可扩大感受野的特性,实现对草图结构特征的初步提取。考虑到空洞卷积的稀疏采样方式使得远距离卷积得到的信息之间没有相关性,对分类结果会产生影响,于是在使用空洞卷积对图像特征进行稀疏提取的同时,使用具有相同大小感受野的普通卷积对输入图像特征进行密集提取,最后将两种不同卷积方式输出的特征在通道维度上进行拼接。这种方法不仅发挥了空洞卷积的稀疏采样特性,也充分利用到不同卷积方式带来的多尺度信息优势。实验结果表明,该模型在TU-Berlin SKetch数据集取得了72.6%的识别准确率,相较于目前主流的草图识别方法,效果更加明显。

关键词：空洞卷积多尺度融合草图识别卷积神经网络感受野

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基于量子照明的导航测距方案

光学学报 2023年第1期43卷 244-255页

作者：惠俊柴洪洲中国人民解放军战略支援部队信息工程大学地理空间信息学院河南郑州450001

针对以往脉冲纠缠测距方案对光子损耗十分敏感的特点及量子干涉法测距中利用光路延迟测距时难以实现远距离传输的问题,利用量子压缩效应来提升时延估计精度,同时还提出一种基于量子照明原理的非经典纠缠导航测距方案,对目标存在的回波... 详细信息

针对以往脉冲纠缠测距方案对光子损耗十分敏感的特点及量子干涉法测距中利用光路延迟测距时难以实现远距离传输的问题,利用量子压缩效应来提升时延估计精度,同时还提出一种基于量子照明原理的非经典纠缠导航测距方案,对目标存在的回波信号进行统计判断,从而确定距离参数。在相干探测的基础上,分别研究了相干态、热态和压缩态等3种高斯量子态的统计特性,并对量子照明测距方案中经典相干态与双模压缩真空态的信号检测性能进行了理论分析和数值模拟实验。结果表明,相较于传统测距方法,利用量子信号压缩和纠缠特性的方法能有效提高导航测距的距离分辨率,性能上优于经典方案,且在噪声光子数较多时具有更强的抗环境干扰能力。

关键词：量子光学无线电导航量子照明量子纠缠压缩态脉冲测距

ATLAS数据与资源三号02星影像联合区域网平差

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红外与激光工程 2020年第S02期49卷 155-162页

作者：张鑫磊邢帅徐青(指导) 张国平李鹏程焦麟刘宸博中国人民解放军战略支援部队信息工程大学地理空间信息学院河南郑州450001

ICESat-2为世界首颗光子计数激光雷达测高卫星,其上携带的ATLAS可获得覆盖全球的高精度激光脚点,有助于提高卫星光学影像的无控定位精度。设计实现了ATLAS激光测高数据与卫星影像的联合平差方案。首先通过多条件筛选准则选取高精度ATLA... 详细信息

ICESat-2为世界首颗光子计数激光雷达测高卫星,其上携带的ATLAS可获得覆盖全球的高精度激光脚点,有助于提高卫星光学影像的无控定位精度。设计实现了ATLAS激光测高数据与卫星影像的联合平差方案。首先通过多条件筛选准则选取高精度ATLAS激光测高点,然后将筛选后的激光测高点作为带误差控制点进行联合平差计算,使卫星影像定向参数得到了优化。利用河南郑州地区的资源三号02星影像和ATLAS ATL03级数据进行的试验结果表明,文中的平差方案可将影像定位的高程精度提高60.6%,平面精度提高56.4%,验证了文中提出的方法可在无外业控制点情况下显著提高卫星影像定位精度。

关键词：联合区域网平差激光测高 ATLAS ICESat-2 资源三号02星

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基于改进多规则区域生长的点云多要素分割

光学学报 2021年第5期41卷 192-206页

作者：汪文琪李宗春付永健何华熊峰中国人民解放军战略支援部队信息工程大学地理空间信息学院河南郑州450001

针对现有点云多要素分割算法分割面状点集时分割精度低、分割块合并效果差等问题,提出了一种改进的多规则区域生长算法。一方面,计算点云数据的平面拟合残差,基于平面拟合残差设置种子点条件,对面状点集分割进行优化,以此提升面状要素... 详细信息

针对现有点云多要素分割算法分割面状点集时分割精度低、分割块合并效果差等问题,提出了一种改进的多规则区域生长算法。一方面,计算点云数据的平面拟合残差,基于平面拟合残差设置种子点条件,对面状点集分割进行优化,以此提升面状要素分割的精度;另一方面,在距离条件的基础上,结合相似性和体积变化条件对合并策略进行改进,以实现分割块的有效合并;此外,利用中位数、Baarda数据探测法和k均值聚类分别对算法中涉及的阈值参数进行自适应设置。采用三种不同类型的点云数据进行实验,结果表明:改进算法能够提升面状点集的分割精度,提高了分割块合并的准确性;与其他算法相比,改进算法能够同时兼顾精度和效率,分割结果更具优势。

关键词：遥感点云分割多要素分割平面拟合残差分割块合并