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基于红外与可见光图像的无人机测距技术研究

孔祥山  
【摘要】:如今无人机在各领域应用广泛,拥有巨大的发展空间,但无人机失控坠落伤人、逼停正常航班运行的案例也屡屡发生,对无人机的有效监管已经成为当务之急。从技术上讲,监管的核心是无人机的识别与测距定位,由于图像传感器拥有价格低廉,定位精度高的优势,所以在工程项目中得到快速发展。同时为了弥补单一传感器的不足,克服类似大雾,黑暗等极端天气的影响,采用红外相机与可见光相机相结合的方式已经成为无人机监管的主要手段。本文结合中国民用航空西南地区管理局立项的科技项目需求,从以下几个方面展开研究:(1)本文采用铝质的棋盘格对红外相机进行标定,同时为了提高对比度,通过加热板对棋盘格进行加热,成功实现对红外相机的标定。因为铝对远红外线有大约95%的反射率,红外相机可以接收反射的红外线实现对棋盘格的成像。(2)本文采用相位一致性与互信息结合的测度,在互信息的基础上加入像素空间信息,有效的提高了匹配精度。在多光谱图像匹配中,由于成像机理的不同,图像像素灰度值是非线性关系,共性特征难以提取,无法采用传统基于灰度相关和图像特征的匹配算法。互信息是两个随机变量统计相关性的测度,由于互信息测度不需要假设不同成像原理图像灰度间的关系,所以在多光谱图像配准领域得到很好的效果。但由于互信息只是利用灰度的统计特性,忽视了图像中像素之间的空间位置关系。相位一致性可以提取图像边缘信息,与互信息结合后,弥补了互信息缺乏像素之间的空间位置关系的不足。(3)本文将红外图像的灰度信息作为区域分割的参考,利用像素的灰度值差异来达到匹配窗口的自适应变化。在立体匹配过程中,匹配窗口形状与尺寸的选择是一个非常重要的问题。匹配窗口必须足够大来包含足够的强度变化,也要保证足够小避免投影失真的影响。如果匹配窗口太小,不足以包含足够的强度变化,会导致信噪比过低,视差估计不准确。如果匹配窗口太大,包含了不同深度的场景点,左右图像不同的投影失真将会导致无法得到正确的匹配。由于红外图像能够反映不同物体的热辐射信息,不同的灰度值能够在某种程度上反映区域特征,而相同灰度值的相邻像素拥有相似的视差值,根据这一特征达到匹配窗口的自适应变换。


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