基于特征的抗大尺度视角变换的图像配准算法研究

【摘要】随着精确制导武器在现代化战争中地位的日益提高，图像配准技术受到了各国军工部门的高度重视，成为国内外研究的热点。随着应用的深入，对图像配准技术的准确性和高效性均提出了更高的要求。快速而准确地捕获目标，从而尽早为末制导跟踪系统提供目标初始态信息，可以为弹体姿态调整过程争取更多的反应时间。所以，开展针对大尺度视角变换场景的图像配准算法研究，具有重要的国防应用意义。本文对基于特征的图像配准算法展开深入研究，以期实现在大尺度视角变换场景下图像的快速、准确配准。现将论文完成的主要工作简述如下：(1)系统地阐述了基于特征的图像配准算法的关键环节：首先，讨论与图像配准密切相关的相机运动过程及图像空间坐标变换模型的产生过程；其次，详述仿射不变特征的检测、描述与匹配；最后，讨论变换模型参数的估计以及涉及的重采样、插值技术。这部分内容为后续研究工作奠定了必要的理论基础。(2)针对空对地可见光导引头目标自动捕获阶段出现的大尺度视角变换情形，提出了一种改进SIFT图像配准算法。首先在高斯尺度空间中检测抗仿射变换区域特征，通过对这些区域做数学拟合及归一化处理来获得抗视角变换的特征点集合的方法，明显增加了正确匹配点对数。实验表明，所提算法在视角差高达50°至60°以上时得到的匹配准确率较SIFT算法提高近5倍，具备较高的工程应用价值。(3)其次，由于SURF算法成功引进SIFT算法中简化及近似的思想，引入积分图像(IntegralImage)及盒子滤波(BoxFilter)策略加速算法过程，使之在保证综合性能优于SIFT算法的同时，运行速度较之快3倍。因而，SURF算法在工程应用中比SIFT具有更好的可移植性。本文从工程应用中对算法耗时要求较高的角度出发，在进行算法平台移植过程中，改进提出了另一种抗视角变换的SURF景象匹配算法。该算法首先从不同视角模拟相机对基准图像的成像过程来生成一组序列图像，通过将序列图像中的SURF特征映射至基准图像上的方法来增加基准图像的特征点数，再将其与待配准图像进行配准，可明显提高匹配准确度。为进一步提高算法效率以满足移植条件，本文针对导引头目标自动捕获阶段的特点，通过起始匹配角的合理设置（只对纬度角从45°开始进行模拟）、并设定有效匹配对数阈值的方法，使基于SURF的抗视角变换的图像匹配算法的计算速度提高30%~40%，在此基础上，将其移植到现有硬件平台中，具有较高的工程实用价值。(4)空对地可见光导引头目标自动捕获阶段对算法的实时性要求较高，本文的研究须借助硬件平台才能接近工程要求。最后，本文从应用角度出发，将基于SURF的抗视角变换图像配准算法移植到现有导引头目标自动捕获与跟踪系统中。多次试验结果表明，移植的算法满足实时性要求且在项目平台中运行稳定，具有较高的国防应用意义。
【作者】苏可心；
【导师】韩广良；
【作者基本信息】中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)，机械工程，2013，硕士
【关键词】图像配准；空对地导引头；视角变换；SIFT；SURF；

【参考文献】
[1]宋朝鹏.白肋烟晾制过程中主要生理变化和收晾处理对品质的影响[D].河南农业大学,作物栽培学与耕作学,2004,硕士.
[2]祝超先.射频单片T/R组件混频器关键技术研究[D].西安电子科技大学,微电子学与固体电子学,2012,硕士.
[3]许阳.人的有限性与无限性的哲学解读[D].山东师范大学,马克思主义哲学,2013,硕士.
[4]黄建华.2型糖尿病相关的代谢组学和生物信息学研究[D].中南大学,分析化学,2014,博士.
[5]刘子珺.中国汽车六大产业集群竞争力比较研究[D].武汉理工大学,管理科学与工程,2012,硕士.
[6]刁天博.无线传感器网络可靠性分析的马尔可夫模型研究[D].华中科技大学,应用统计,2013,硕士.
[7]刘晶.Ni和Ni_3Al力学性能与掺杂效应的分子动力学模拟研究[D].湖南大学,2012.
[8]陈勇.面向嵌入式系统绿色需求的编译技术研究[D].武汉大学,2013.
[9]王永庆.汽车安全气囊生产线装配工序故障诊断方法的研究[D].长春工业大学,控制理论与控制工程,2013,硕士.
[10]苏毅娟,严小卫.一种改进的频繁集挖掘方法[J].广西师范大学学报(自然科学版),2001,03:22-26.
[11]张佳虹,孙荣禄.激光熔覆Ni基复合涂层气孔及裂纹敏感性的研究[J].热加工工艺,2015,04:141-144.
[12]黄红艳.雷锋精神与志愿精神比较研究[D].上海大学,思想政治教育,2013,硕士.
[13]燕珊.化痰法干预动脉粥样硬化机制的初步研究[D].广州中医药大学,中医诊断学,2014,博士.
[14]杨莉.CoCrMo合金沉积DLC膜的摩擦学性能及金属离子释放研究[D].中国矿业大学,材料学,2014,硕士.
[15]刘卯.Ip范数下两台同类机在线排序问题的若干研究[D].北京邮电大学,运筹学与控制论,2013,硕士.
[16]淡海英.关于单片机控制的数字万年历设计[J].电子制作,2014,05:13.
[17]封海蕊.基于数字图像的刀具磨损状态监测研究[D].浙江理工大学,信号与信息处理,2013,硕士.
[18]李凤.物联网在政府公共服务中的应用研究[D].北京邮电大学,公共管理,2013,硕士.
[19]李志鹏.集成化微光学标签系统的设计与制作[D].南京邮电大学,光学,2013,硕士.
[20]卫倩平.气象观测网络的构建及其关键特性的研究[D].西南大学,计算机应用技术,2014,硕士.
[21]陆元亮.基于DSP的数据采集与处理系统的设计与实现[D].南京航空航天大学,测试计量技术及仪器,2004,硕士.
[22]丁永良,沈怡萱.水族馆与养鱼工厂的高效净水微生物及其净水机理[J].现代渔业信息.2001(03)
[23]田丰.我国城市社区公共服务中非政府组织参与路径研究[D].西北大学,行政管理,2014,硕士.
[24]马思敏.复合材料T型连接接头力学性能研究[D].哈尔滨工业大学,机械电子工程,2014,硕士.
[25]梅志俊.国学文化传播渠道研究[D].新疆大学,新闻学,2013,硕士.
[26]李智.超高密度磁记录介质薄膜材料的研究[D].湖北大学,微电子学与固体电子学,2011,硕士.
[27]郭伟刚,宋亦兵,骆懿玲.电子商务网站的用户访问模式挖掘[J].微电子学与计算机,2005,05:170-174.
[28]魏书斋.胶东地区引黄调水工程桂山隧洞工程施工方法研究[D].山东大学,水利工程（专业学位）,2013,硕士.
[29]刘真真.再生障碍性贫血、低危骨髓增生异常综合征中RIP1、RIP3、CYLD基因的表达[D].苏州大学,血液病学,2013,硕士.
[30]王瑞娟.HIF-1α、MVD在中晚期宫颈鳞癌中的表达及介入化疗对二者的影响[D].辽宁医学院,妇产科学,2012,硕士.
[31]杜焱.经济增长目标约束下的中国需求动力结构调整研究[D].中南大学,管理科学与工程,2014,博士.
[32]毛光才.带有非线性边界条件的椭圆方程正解的唯一性[D].兰州大学,非线性分析,2014,硕士.
[33]李津沪.200MW巴威锅炉优化运行研究[D].华北电力大学（河北）,动力工程,2004,硕士.
[34]吴静.以策略训练为基础的英语阅读教学对阅读理解的影响[D].华南师范大学,应用语言学,2002,硕士.
[35]石林英,马强.基于性别差异对儿童房室内色彩环境设计的研究[J].美术教育研究,2014,22:72.
[36]樊艺.几类复微分方程解的复振荡性质[D].贵州民族大学,概率论与数理统计,2013,硕士.
[37]常高歌.概念整合理论视角的委婉语研究[D].山东财经大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[38]施洋.高校女大学生“成长”问题研究[D].东北石油大学,思想政治教育,2013,硕士.
[39]李红.文化形象在《喜福会》汉译本中的重构—形象学视角[D].湖南科技大学,外国语言文学,2013,硕士.
[40]李润泽.进出口银行HLJ分行基于FCE贷前财务风险评价体系研究[D].哈尔滨工业大学,会计学,2014,硕士.
[41]周朗.基于TAM理论的网络游戏参与行为影响因素研究[D].浙江大学,2006.
[42]岳云强.PRRSV-PCV2二联核酸疫苗的构建、免疫佐剂的筛选及免疫原性研究[D].吉林农业大学,预防兽医学,2012,硕士.
[43]唐倩倩.基于二硫键载药的药物控制释放系统的制备和应用研究[D].复旦大学,高分子化学与物理,2012,硕士.
[44]李燕军.用社会主义核心价值体系引领高校校园文化建设研究[D].北京交通大学,2010.
[45]黄文慧.图像处理并行编程方法的研究与应用[D].华南理工大学,软件工程,2012,硕士.
[46]宋杰.生物信息数据挖掘中的若干方法及其应用研究[D].大连理工大学,2005.
[47]张丽芳.高职大学生国防意识研究[D].厦门大学,高等教育学,2014,硕士.
[48]徐振华.脊髓CCR2调控CX3CR1表达致大鼠骨癌痛的作用机制[D].苏州大学,麻醉学,2014,硕士.
[49]黄丽.中国菜名的英译研究[D].华东师范大学,英语语言文学,2013,硕士.
[50]甘睿.抗日战争时期中国共产党思想政治教育问题研究[D].西北师范大学,思想政治教育,2013,硕士.