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《国防科学技术大学》 2011年
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图像配准中的几何特征不确定性建模及匹配方法研究

高峰  
【摘要】:几何特征匹配是计算机视觉、图像理解以及摄影测量与遥感等领域长期研究的一个基本问题,其目的是建立不同视角、不同传感器或不同时相获取的两幅或多幅图像中提取的几何特征之间的对应性,或者建立图像与目标模型或模板中几何特征之间的对应性,它是图像配准、目标识别、目标三维重建以及图像序列分析等任务中的关键步骤。 在几何特征匹配问题中,目前大部分算法没有考虑特征各种参数提取结果的不确定性,而是简单认为它们是对图像特征真实和准确的反映。在特征匹配阶段,它们也是同等地看待提取的每一个待匹配特征,这些都会影响匹配的精度,甚至会导致匹配失败。因此,对特征的不确定性问题进行研究是十分必要的。论文在分析点、线等几何特征不确定性的基础上,主要研究考虑特征不确定性的遥感图像配准问题,论文的研究成果和创新点主要包括: (1)提出了一种基于Vague集的几何特征不确定性建模及其相似度求解算法。算法首先对位置、长度等特征参数进行了不确定性分析和建模,然后对考虑不确定性特征之间的相似度进行了定义和求解。克服了传统算法匹配误差大、难以寻找最优对应关系的问题。另外,相对于传统方法在计算特征相似度时只考虑特征之间的对应程度即赞成度的情况,本文方法还兼顾了特征之间的排斥程度即反对度,得到的结果更加合理。 (2)提出了一种综合考虑图像灰度分布和边缘信息的角点提取算法和一种考虑不确定性的点特征匹配策略。在角点提取算法中,首先提取图像中满足要求的边缘并进行编组;然后计算各边缘点属性及相应的分形特征值;最后利用局部非最大值抑制提取出满足要求的角点。相对于单一利用灰度信息或者边缘信息的方法,本文方法提取的角点在稳健性、重复率和定位精度等方面都有较好的表现。论文把不确定性模型引入到点特征的匹配之中,首先利用不确定性中的显著性对特征点进行筛选,滤除掉由于灰度分布较均匀造成的定位不准的点特征;然后利用Vague集理论进行相似度的求解;最后,设计了合适的匹配策略进行特征对应性求解。该方法除具有利用Vague集理论进行考虑不确定性特征相似度求解本身的优点外,在利用同名特征进行模型参数求解时,用特征的显著性进行加权,使得显著性值大的点权重大,在一定程度上提高了模型参数计算的精度。 (3)提出了一种考虑特征不确定性的线特征匹配算法。算法首先对图像进行直线提取,然后把长度、显著性、距离等满足要求的两条直线组成干线对,并计算干线对的不确定性,最后利用分支-定限法求解定义的相似度测度函数的最优解,进而求得最优的匹配干线对。相对于其它几何特征,干线对具有信息量充足、易于提取和容易抽取同名像点等优点。通过限制组成干线对的两条直线的夹角和不确定性,提高了特征的稳健性,减少了由于直线方向偏移引起的交点位置变化。在求解干线对之间的相似性时,主要利用它们的夹角,可以消除或减弱直线断裂造成的影响。与传统的匹配策略相比,本文提出的匹配策略不仅考虑特征之间的属性相似性,而且考虑了特征的空间关系一致性和不确定性的影响,使得算法对噪声的稳健性更好,配准精度更高。 (4)提出了一种基于索引表的多特征实时图像匹配算法,并以本文提出的仿射不变特征和干线对特征为例,验证了算法的有效性。算法是借鉴调色板的思想,首先构建基准图像中的特征索引表,索引表由索引值和详细信息两部分组成;然后对新得到的待配准图像进行特征提取并构建索引表;最后利用索引表表进行特征匹配。即首先根据特征索引值得到可能匹配的特征对,然后根据索引表的详细信息及特征的空间关系求解匹配特征对,并对多特征的匹配结果进行融合,计算变换模型参数。索引表的引入极大地提高了特征匹配的效率和算法的实时性;通过利用不确定性中的显著性限制,筛除掉了不稳健的特征,保证了匹配的可靠性和精度。通过设计合适的匹配结果融合策略,使得一种特征的缺失不会影响整体的匹配效果。多种特征融合的匹配策略不仅提高了算法的适用范围,而且提高了配准精度;
【学位授予单位】:国防科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TP391.41

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前3条
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2 闫占凯;刘志波;张官亮;朱友清;张蓓;;基于改进加权图转换的图像匹配算法[J];计算机应用研究;2014年04期
3 张丽霞;;人体异常行为识别在电力生产中的应用[J];生物技术世界;2013年03期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 王珂;基于有向点和有向线段的图像匹配算法研究[D];华中科技大学;2013年
2 熊博莅;SAR图像配准及变化检测技术研究[D];国防科学技术大学;2012年
3 王珂;基于有向点和有向线段的图像匹配算法研究[D];华中科技大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 张星;直线立体匹配中部分遮挡和特征不确定性问题研究[D];国防科学技术大学;2011年
2 谢正;基于特征点的快速图像匹配算法研究[D];国防科学技术大学;2011年
3 黎学森;电力生产中异常人体行为识别的研究[D];华北电力大学;2012年
4 陈智翔;基于自然特征点的移动增强现实系统研究[D];广东工业大学;2013年
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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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4 郑明玲,周海芳,刘衡竹,杨学军;遥感多图像配准中自动提取特征点的并行算法[J];计算机工程与科学;2004年10期
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 陈涛;图像仿射不变特征提取方法研究[D];国防科学技术大学;2006年
2 吕金建;基于特征的多源遥感图像配准技术研究[D];国防科学技术大学;2008年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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10 马玉桢,谭婷;钢筋砼构件抗裂失效不定性与可靠度模糊概率分析[J];安徽建筑;1998年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘善磊;张亮;;基于相位相关和SURF算法的关键帧实时匹配研究[A];江苏省测绘学会2011年学术年会论文集[C];2011年
2 隋树林;孙立宏;姚文龙;袁健;;融合改进UKF/SIFT信息的自主光学导航方法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 汪力;叶桦;夏良正;;利用特征点定位嘴巴[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 季铮;张剑清;詹总谦;;基于特征不变量的目标识别定位方法研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 ;Loop-closing By Using SIFT Features for Mobile Robots[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
6 李博;张国光;吕香奋;;线性规划模型预处理技术[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
7 周凯;范瑞霞;李位星;;一种基于SIFT的MeanShift-粒子滤波融合跟踪算法[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
8 ;Rapid Target Recognition and Tracking under Large Scale Variation Using Semi-Naive Bayesian[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
9 ;A High-level Image Sequence Fusion Algorithm for Human Detection[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
10 ;Recognition of Corners of Planar Checkboard Pattern Image[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王玉全;基于全景视觉的移动机器人同时定位与地图创建方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 梁洪;基于内容的医学图像检索及语义建模关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 任桢;图像分类任务的关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 孔凡芝;引线键合视觉检测关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
5 王作为;具有认知能力的智能机器人行为学习方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 肖洁;视觉注意模型及其在目标感知中的应用研究[D];华中科技大学;2010年
7 朱清波;序列图像三维重建方法研究[D];华中科技大学;2010年
8 莫堃;基于隐式函数的曲面重构方法及其应用[D];华中科技大学;2010年
9 田文;多视图图像的快速三维场景重建[D];华中科技大学;2010年
10 涂虬;智能视觉监视中目标检测与跟踪算法研究[D];华中科技大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 宋抗;压缩机活塞圆度误差数字检测系统研究[D];河南理工大学;2010年
2 许蓓;运营隧道结构安全性评估研究[D];南昌航空大学;2010年
3 陈忠翔;基于立体视觉的三维重建方法研究[D];南昌航空大学;2010年
4 宗雯雯;基于双目立体视觉的特征点匹配关键技术研究与应用[D];山东科技大学;2010年
5 雒燕飞;地质灾害应急地理信息数据库设计及其应用[D];山东科技大学;2010年
6 唐红梅;基于辐射与空间信息的遥感图像检索[D];山东科技大学;2010年
7 倪希亮;基于尺度不变特征的多源遥感影像配准[D];山东科技大学;2010年
8 贾伟洁;SAR影像与光学影像配准研究[D];山东科技大学;2010年
9 郑莉;DSP在集装箱加强板焊接定位系统中的应用[D];山东科技大学;2010年
10 徐元;基于双目立体视觉的匹配算法研究[D];山东科技大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 周志强;汪渤;吕冀;;不同分辨率图像的角点匹配方法[J];北京理工大学学报;2008年07期
2 刘太辉;宋建中;刘景鑫;王忠厚;韩广良;;X射线相干散射成像在医学中的应用进展[J];北京生物医学工程;2006年02期
3 吕晓琪;黄显武;张宝华;;一种基于角点特征的医学图像配准方法[J];内蒙古科技大学学报;2010年01期
4 张军团;林君;;基于二阶灰度统计特征的SAR图像变化检测[J];吉林大学学报(信息科学版);2008年05期
5 谭立东;许洪国;刘宏飞;;基于控制点自动获取的交通事故现场图像几何校正方法[J];长春理工大学学报(自然科学版);2009年02期
6 彭欣;刘富强;宋华军;;基于SURF目标跟踪算法研究[J];长春理工大学学报(自然科学版);2011年02期
7 李德仁,周月琴,马洪超;卫星雷达干涉测量原理与应用[J];测绘科学;2000年01期
8 李二森;张保明;刘景正;郭海涛;初艳锋;卢俊;;SIFT特征匹配技术在自动相对定向中的应用[J];测绘科学;2008年05期
9 李健;刘凤德;赵利平;李靖;张刚;;相对定向中最优特征点匹配算法的研究与应用[J];测绘科学;2010年04期
10 刘直芳,张剑清;城区变化检测的一种方法[J];测绘通报;2001年02期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 陈琪;SAR图像港口目标提取方法研究[D];国防科学技术大学;2011年
2 刘朝霞;航空遥感图像配准算法研究[D];大连海事大学;2011年
3 姜大志;计算机视觉中三维重构的研究与应用[D];南京航空航天大学;2002年
4 王慧燕;图像边缘检测和图像匹配研究及应用[D];浙江大学;2003年
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7 胡志萍;图像特征提取、匹配和新视点图像生成技术研究[D];大连理工大学;2005年
8 宋迎春;动态定位中的卡尔曼滤波研究[D];中南大学;2006年
9 张波;基于粒子滤波的图像跟踪算法研究[D];上海交通大学;2007年
10 张浩;多信息融合图像边缘特征提取及图像配准研究与应用[D];浙江大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李哲;图像配准的理论及其相关算法研究[D];西安电子科技大学;2011年
2 王培;前景提取算法的研究与改进[D];西安电子科技大学;2011年
3 汪汉云;异类遥感图像配准技术研究[D];国防科学技术大学;2010年
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5 张明恒;交通事故现场俯视摄影图几何校正的研究[D];吉林大学;2004年
6 何凯;角点特征提取及匹配方法研究[D];河海大学;2005年
7 赵辉;基于点特征的图像配准算法研究[D];山东大学;2006年
8 谭晓东;多值模板图像匹配关键问题研究[D];中南大学;2007年
9 刘俏;基于改进遗传算法的摄像机标定技术的研究[D];大连理工大学;2007年
10 高正伟;图像前景提取技术研究[D];浙江大学;2008年
【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 宋玉彬;基于多种特征的多时相SAR图像精配准研究[D];电子科技大学;2013年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张迁,刘政凯,庞彦伟,李威;基于SUSAN算法的航空影像的自动配准[J];测绘学报;2003年03期
2 刘松涛;杨绍清;;图像配准技术研究进展[J];电光与控制;2007年06期
3 辜嘉,罗立民,舒华忠;利用Zernike矩对心脏超声图进行光流场计算的邻域优化算法[J];电子学报;2001年03期
4 刘方,王润生;利用消失点列的射影不变量描述平面直线关系[J];电子学报;2001年09期
5 黄祥林,沈兰荪;基于内容的图像检索技术研究[J];电子学报;2002年07期
6 韦燕凤,赵忠明,闫冬梅,曾庆业;基于特征的遥感图像自动配准算法[J];电子学报;2005年01期
7 潘泉,程咏梅,杜亚娟,张洪才;离散不变矩算法及其在目标识别中的应用[J];电子与信息学报;2001年01期
8 席学强,王润生;基于直线特征的图像-模型匹配算法[J];国防科技大学学报;2000年06期
9 舒丽霞,彭晓明,周成平,丁明跃;一种新颖的红外与可见光图像自动配准算法[J];华中科技大学学报(自然科学版);2003年06期
10 龙世渚,黄载禄,曹汉房;一种立体视觉图像的特征选择与匹配方法[J];华中理工大学学报;1994年11期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 刘方;目标3D不变特征的提取与应用[D];国防科学技术大学;2001年
2 彭文;基于特征的医学图像配准中若干关键技术的研究[D];浙江大学;2007年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 耿建玲;陈纯;陈耀武;黄轶伦;;基于小波多尺度分解的印鉴图像配准[J];计算机工程与应用;2006年01期
2 史励新;李昌华;;基于边界特征增强的模糊图像配准[J];现代电子技术;2006年21期
3 甘亚莉;涂丹;李国辉;;频率域基于梯度预处理的互相关图像配准方法[J];计算机工程与应用;2007年06期
4 马文静;陈辉;田宏阳;;线性拟合联合参数法在图像配准中的应用[J];计算机应用;2007年04期
5 张翼;王满宁;宋志坚;;脊柱手术导航中分步式2D/3D图像配准方法[J];计算机辅助设计与图形学学报;2007年09期
6 赵书斌;王海川;;图像配准及其在目标精确定位中的应用[J];火力与指挥控制;2007年10期
7 上官晋太;郭慧;杨汝良;祁海明;;图像配准的统计数值分析[J];测试技术学报;2007年06期
8 王宗跃;张建伟;黄樟灿;;基于演化建模的图像配准模型[J];计算机工程与应用;2007年35期
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2 桂秋阳;邱志明;;大口径舰炮图像配准方式射击精度仿真[A];中国系统仿真学会第五次全国会员代表大会暨2006年全国学术年会论文集[C];2006年
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4 王佳佳;廖宁放;廉玉生;刘子龙;;基于八通道成像光谱仪图像配准技术研究[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
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7 吴铮;钱徽;朱淼良;;基于特征匹配的航空图像配准[A];第十二届全国图象图形学学术会议论文集[C];2005年
8 杨必武;倪志斌;;图像配准中基于最大熵的模板选取算法研究[A];2006年全国光电技术学术交流会会议文集(D 光电信息处理技术专题)[C];2006年
9 李红波;倪国强;;图像配准中特征点匹配分析与展望[A];第三届全国嵌入式技术和信息处理联合学术会议论文集[C];2009年
10 滕凯风;张建秋;周柏杨;王友华;;基于免疫单纯形法的鲁棒多分辨率图像配准[A];2007'仪表,自动化及先进集成技术大会论文集(一)[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 宋智礼;图像配准技术及其应用的研究[D];复旦大学;2010年
2 周武;精密图像配准方法研究及在精密电子组装中的应用[D];华南理工大学;2012年
3 黄晓阳;在体肝脏图像配准方法及应用研究[D];厦门大学;2009年
4 朱宪伟;基于结构特征的异源图像配准技术研究[D];国防科学技术大学;2009年
5 王东峰;多模态和大型图像配准技术研究[D];中国科学院研究生院(电子学研究所);2002年
6 张浩;多信息融合图像边缘特征提取及图像配准研究与应用[D];浙江大学;2008年
7 王运;超光谱图像系统几何校正与图像配准方法研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2011年
8 高峰;图像配准中的几何特征不确定性建模及匹配方法研究[D];国防科学技术大学;2011年
9 易盟;基于特征点的图像配准及其在稳像中的应用[D];西安电子科技大学;2013年
10 丁南南;基于特征点的图像配准技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李娜;多传感器图像配准方法研究[D];西安电子科技大学;2009年
2 马明刚;多传感器图像配准技术研究[D];华中科技大学;2007年
3 张锐娟;图像配准理论及算法研究[D];西安电子科技大学;2009年
4 刘桢宏;多视角图像配准方法研究[D];东北师范大学;2009年
5 陈林;基于多核架构体系的图像配准并行计算方法研究[D];云南大学;2010年
6 冯卫平;多波段多极化SAR图像配准技术研究[D];杭州电子科技大学;2010年
7 陈庆芳;图像配准研究及其应用[D];江南大学;2011年
8 王蕾;图像配准技术及应用研究[D];西安电子科技大学;2007年
9 吕海霞;自动图像配准技术研究[D];西北工业大学;2007年
10 江舒;基于角点的图像配准问题研究[D];上海交通大学;2008年
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