基于图像匹配的航空相机大速高比测量技术研究

发布时间：2017-10-12 11:51

  本文关键词：基于图像匹配的航空相机大速高比测量技术研究

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【摘要】：本文的主要研究内容是采用图像匹配的方式对航空相机飞行过程中的载机瞬时速高比值进行精确测量,并应用于像移补偿工作以提高航空相机成像质量。现有的航空相机像移补偿装置在载机飞行速高比值较大的情况下对图像进行像移补偿后的成像质量无法达到项目的精度需求,导致该现象最主要的原因是速高比值测量精度过低,因此本课题的研究重点是在大速高比值情况下实现其精确测量。课题研究过程中综合分析了传统机械式速高比值测量方式依据的工作原理和存在的问题,指出满足航空相机现阶段发展需求的速高比值测量方式应该具备体积小、重量轻、功耗小、集成度高、实时性高等多种特性。论文采用基于图像匹配的数字式测量方式对航空相机瞬时速高比值进行精确测量,工作原理为取连续拍摄的两幅航空图片进行匹配得到帧间像移量,利用两图像的相对移动距离计算出速高比值。论文首先对基于图像匹配的速高比值测量方式进行了系统的理论分析和误差分析,选定相机参数,依据理论分析计算速高比测量误差及像移补偿误差验证该测量方式的理论可行性;然后对几种经典的图像匹配方式进行了分析论证,并对灰度相关算法和相位相关算法进行了仿真对比验证,通过分析对比验证结果决定采用相位相关算法作为本文选用的图像匹配算法;同时为提高该测量方式的测量精度和使用范围,对相位相关算法进行了一定的改进:在原有算法的基础上增加了对数极坐标变换和插值算法以解决旋转图像的匹配和图像的亚像元精度匹配;最后搭建实验平台,验证速高比值测量精度能否达到理论分析的精度水平,并使用测量得到的速高比值计算航空相机像移补偿误差,实验结果证明使用该方式测得的速高比值进行航空相机像移补偿后的图像质量可以满足航空相机成像质量要求,验证了该测量方式的实际可操作性。论文最后指出了基于图像匹配的速高比测量方式的待改进之处及下一步工作展望。
【关键词】：速高比 像移量 图像匹配 成像质量 像移补偿
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（光电技术研究所）
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V245.6;TP391.41
【目录】：

• 致谢3-4
• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 1 绪论8-17
• 1.1 引言8
• 1.2 研究背景介绍8-11
• 1.3 研究意义11-14
• 1.4 速高比测量方式简介14-15
• 1.5 文章组织结构15-17
• 2 传统速高比测量方式17-25
• 2.1 扫描相关法17-18
• 2.2 空间滤波法18-20
• 2.3 光程差法20-21
• 2.4 外差法21-23
• 2.5 直接测量法23-24
• 2.6 本章小结24-25
• 3 基于图像匹配的速高比测量原理及误差分析25-35
• 3.1 测量原理25-26
• 3.2 速高比测量误差分析26-31
• 3.2.1 调焦误差26-27
• 3.2.2 图像匹配误差27-28
• 3.2.3 载机飞行姿态误差28-31
• 3.3 测量系统相机参数选择31-32
• 3.4 像移补偿误差32-34
• 3.5 本章小结34-35
• 4 基于图像匹配的速高比测量仿真验证35-45
• 4.1 图像匹配算法概述35-36
• 4.1.1 基于灰度的图像匹配算法35-36
• 4.1.2 基于特征的图像匹配算法36
• 4.1.3 基于变换域的图像匹配算法36
• 4.2 图像匹配算法仿真验证36-41
• 4.2.1 归一化灰度互相关算法37
• 4.2.2 相位相关算法37-38
• 4.2.3 图像匹配算法仿真对比验证38-41
• 4.3 相位相关算法改进41-44
• 4.3.1 图像的亚像元匹配41-42
• 4.3.2 旋转图像的修正匹配42-44
• 4.4 本章小结44-45
• 5 实验验证及结果分析45-50
• 5.1 实验方案设定45-46
• 5.2 实验验证46-49
• 5.3 实验结果分析49
• 5.4 本章小结49-50
• 6 工作总结与展望50-52
• 6.1 工作总结50
• 6.2 工作展望50-52
• 参考文献52-55
• 作者简历及在学期间发表的学术论文与研究成果55

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