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基于图像特征的景象匹配辅助导航系统中的关键技术研究

冷雪飞  
【摘要】: 本文开展了基于图像特征匹配的景象匹配辅助导航系统中的关键技术研究,并通过仿真平台和实验对提出的理论、算法和方案进行了验证。 本文分析了适用于景象匹配辅助导航系统的图像匹配算法的要求,即精确性、实时性和鲁棒性。提出了适用于景象匹配辅助导航系统的加权Hausdorff距离图像匹配算法,并给出了具体的权值求解公式。同时,从提高组合导航系统的实时性和鲁棒性的要求出发,针对特征点数据库信息冗余的问题,提出了提取边缘特征二值图的分支特征点的图像预处理方法,并结合加权Hausdorff距离算法进行图像匹配,建立了一套基础性的图像匹配理论和算法。 针对图像匹配全局搜索影响匹配速度的问题,本文引入了遗传算法来加速图像匹配的搜索过程,并将其与加权Hausdorff距离图像匹配算法有效的结合,快速寻优搜索最佳匹配点。同时,考虑到加权Hausdorff距离图像匹配算法仅能精确到象素级的不足,本文还利用分支特征点进行最小二乘运算来进一步提高系统的精确性。在此基础上,本文提出并系统的阐述了一种适用于景象匹配辅助导航系统的多级匹配算法的原理和具体的实现思路,从总体上提高了景象匹配辅助导航系统的精确性、实时性和鲁棒性。 当景象匹配辅助导航系统处于搜索状态时,系统具有较大的初始误差,此时,由于实测图和参考图之间存在较大的几何畸变,以上提出的图像匹配算法对此修正有限。因此,本文从空间转换的思路出发,引入了对数极坐标变换思想,结合惯性导航系统本身的误差漂移特性,提出并系统的阐述了基于图像特征提取的中心点及其4-邻域对数极坐标变换图像匹配算法的原理和具体的实现方案,能够在初始阶段有效的克服旋转和尺度变化对图像匹配精确性的影响,并为以后的加权Hausdorff距离图像匹配算法提供一个基准。 为了进一步扩大景象匹配辅助导航系统的应用范围,本文提出了一种SAR/INS/TERCOM组合导航系统的实现方案,同时也解决了图像匹配不能提供高度量测值的问题。并且,本文针对实际的图像匹配信息输出、地形匹配信息输出各自均非等间隔、信息滞后的问题,提出了相应的多信息融合滤波算法,从而满足了SAR/INS/TERCOM组合导航系统的实际应用需要,为图像匹配实际应用到组合导航系统中而产生的滤波问题提供了一个工程化的解决方案。 本文搭建了应用景象匹配进行辅助导航的组合导航系统仿真平台,根据工程实际情况,开展了景象匹配辅助导航仿真系统的实现和验证图像匹配算法的研究。阐述了仿真平台的主要结构和功能模块,并将本文提出的图像匹配算法和滤波算法内嵌入仿真平台中去,实验进一步验证了算法的有效性,并为算法工程实现原理样机的研制提供了理论指导和技术支持,有很好的工程应用价值。


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