紅外航空遙感能夠?qū)﹃懙�、海洋和大氣目�?biāo)進(jìn)行全天候、準(zhǔn)實(shí)時(shí)和立體化的觀測(cè),對(duì)獲取地面資源信息和保障國(guó)家安全具有重要意義。紅外航空遙感技術(shù)經(jīng)歷了五十多年的發(fā)展,隨著紅外探測(cè)材料和工藝的進(jìn)步,紅外探測(cè)器也經(jīng)歷了從單元探測(cè)器、線陣探測(cè)器到面陣探測(cè)器的發(fā)展階段,紅外航空遙感的成像方式也經(jīng)歷了從單元擺掃、線陣推掃、多元并掃到面陣畫(huà)幅式掃描的過(guò)程。目前機(jī)載紅外遙感成像向著高空間分辨率和高光譜分辨率的方向發(fā)展,隨著紅外面陣探測(cè)器的逐漸成熟,利用面陣探測(cè)器進(jìn)行掃描成像能夠獲取寬視場(chǎng)和高空間分辨率的紅外遙感圖像,因此成為技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)。實(shí)時(shí)獲取大視場(chǎng)的熱紅外圖像,對(duì)地物目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤和觀測(cè),在戰(zhàn)場(chǎng)偵察、應(yīng)急救援中具有很高的應(yīng)用價(jià)值。本論文以畫(huà)幅掃描成像方式獲取的遙感圖像為數(shù)據(jù)源,對(duì)圖像的實(shí)時(shí)拼接技術(shù)進(jìn)行了深入研究,研究?jī)?nèi)容及研究取得的成果主要包括:在深入分析畫(huà)幅掃描成像方式的運(yùn)動(dòng)模型基礎(chǔ)上,針對(duì)畫(huà)幅掃描圖像實(shí)時(shí)拼接系統(tǒng)的需求,設(shè)計(jì)了基于圖像點(diǎn)特征算子來(lái)進(jìn)行圖像快速配準(zhǔn)及拼接的方案;通過(guò)對(duì)圖像點(diǎn)特征算子性能的測(cè)試和驗(yàn)證,選取了快速穩(wěn)定的點(diǎn)特征算子;利用掃描行間的圖像配準(zhǔn)關(guān)系,對(duì)圖像的位置姿態(tài)參數(shù)進(jìn)行了恢復(fù)和優(yōu)化,通過(guò)掃描行圖像到拼接圖像的配準(zhǔn)和融合,完成了畫(huà)幅掃描拼接圖像的實(shí)時(shí)更新;為了提高拼接系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性,利用GPGPU對(duì)算法進(jìn)行了并行加速,實(shí)現(xiàn)了較高速率下的圖像實(shí)時(shí)拼接。本文的創(chuàng)新點(diǎn)主要有:1.分析了畫(huà)幅掃描成像方式的運(yùn)動(dòng)模型,根據(jù)運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)對(duì)圖像的外方位參數(shù)數(shù)量進(jìn)行了簡(jiǎn)化,設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了基于圖像配準(zhǔn)關(guān)系的外方位參數(shù)恢復(fù)方案2.為畫(huà)幅掃描圖像的拼接選取了快速穩(wěn)定的圖像點(diǎn)特征算子,然后利用位置敏感哈希算法對(duì)圖像特征匹配進(jìn)行了加速,在保證一定匹配精度的前提下提高了圖像配準(zhǔn)速度。3.提出了一種簡(jiǎn)化的光束法平差策略,降低了掃描行間的圖像配準(zhǔn)累積誤差對(duì)拼接精度的影響,提高了圖像位置姿態(tài)參數(shù)的精度。通過(guò)掃描行圖像的快速穩(wěn)定配準(zhǔn)和融合,完成了拼接圖像的快速更新。4.針對(duì)拼接系統(tǒng)中各算法模塊的特點(diǎn),利用CPU+GPGPU異構(gòu)模式對(duì)算法進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)。通過(guò)CPU和GPGPU的分工合作,并利用GPGPU硬件平臺(tái)對(duì)適宜于并行實(shí)現(xiàn)的算法進(jìn)行加速,優(yōu)化了程序流程,提高了拼接的實(shí)時(shí)性。論文最后對(duì)畫(huà)幅掃描紅外圖像實(shí)時(shí)拼接系統(tǒng)的下一步研究工作和工程應(yīng)用提出了建議。
【學(xué)位單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(上海技術(shù)物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類(lèi)】：TP391.41
【文章目錄】：
致謝
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 研究背景與意義
        1.1.1 紅外航空遙感簡(jiǎn)介
        1.1.2 紅外航空遙感成像方式
        1.1.3 課題來(lái)源及背景
    1.2 圖像拼接的技術(shù)概況
        1.2.1 圖像拼接的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 圖像拼接的主要方法
    1.3 論文結(jié)構(gòu)安排
第2章 畫(huà)幅掃描圖像拼接系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析
    2.1 畫(huà)幅掃描圖像拼接系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)
        2.1.1 拼接系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求
        2.1.2 畫(huà)幅掃描的運(yùn)動(dòng)分析
        2.1.3 畫(huà)幅掃描圖像拼接的方案設(shè)計(jì)
        2.1.4 GPGPU平臺(tái)的介紹
    2.2 紅外圖像的預(yù)處理
    2.3 相機(jī)模型和射影幾何
        2.3.1 齊次空間變換基礎(chǔ)
        2.3.2 射影幾何和變換
        2.3.3 相機(jī)內(nèi)方位模型
        2.3.4 相機(jī)內(nèi)方位校正
    2.4 畫(huà)幅掃描圖像的雙視圖幾何
        2.4.1 二維空間坐標(biāo)變換
        2.4.2 相鄰圖像間的空間變換
        2.4.3 外極線約束
    2.5 本章小結(jié)
第3章 圖像點(diǎn)特征算子
    3.1 點(diǎn)特征算子介紹
        3.1.1 點(diǎn)特征提取算子
        3.1.2 點(diǎn)特征描述算子
    3.2 點(diǎn)特征算子性能評(píng)價(jià)
        3.2.1 點(diǎn)特征提取算子性能
        3.2.2 點(diǎn)特征描述算子性能
    3.3 點(diǎn)特征算子實(shí)現(xiàn)及驗(yàn)證
        3.3.1 點(diǎn)特征提取算子實(shí)現(xiàn)
        3.3.2 點(diǎn)特征描述算子實(shí)現(xiàn)
        3.3.3 點(diǎn)特征算子性能驗(yàn)證
    3.4 本章小結(jié)
第4章 圖像配準(zhǔn)
    4.1 圖像配準(zhǔn)介紹
    4.2 基于位置敏感哈希的特征匹配
        4.2.1 位置敏感哈希算法介紹
        4.2.2 基于LSH的圖像配準(zhǔn)
        4.2.3 LSH算法比較
        4.2.4 LSH算法改進(jìn)
    4.3 誤匹配消除
    4.4 運(yùn)動(dòng)參數(shù)恢復(fù)
        4.4.1 三維角度的參數(shù)化
        4.4.2 平移和旋轉(zhuǎn)恢復(fù)
    4.5 圖像配準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)及驗(yàn)證
    4.6 本章小結(jié)
第5章 拼接圖像合成
    5.1 圖像拼接中的誤差分析
        5.1.1 圖像運(yùn)動(dòng)參數(shù)的累積誤差
        5.1.2 景物的高度誤差
    5.2 光束法平差
        5.2.1 光束法平差介紹
        5.2.2 光束法平差策略
        5.2.3 光束法平差的實(shí)現(xiàn)
        5.2.4 光束法平差加速
        5.2.5 光束法平差驗(yàn)證
    5.3 圖像融合
        5.3.1 圖像融合介紹
        5.3.2 圖像重投影
        5.3.3 重疊區(qū)域融合
    5.4 圖像融合實(shí)現(xiàn)
    5.5 本章小結(jié)
第6章 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及性能驗(yàn)證
    6.1 圖像實(shí)時(shí)拼接的實(shí)現(xiàn)
    6.2 畫(huà)幅掃描拼接性能驗(yàn)證
        6.2.1 原理樣機(jī)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)
        6.2.2 畫(huà)幅式拼接姿態(tài)驗(yàn)證
    6.3 畫(huà)幅式熱紅外圖像拼接驗(yàn)證
        6.3.1 熱紅外圖像拼接驗(yàn)證
        6.3.2 熱紅外圖像溫度校正
    6.4 本章小結(jié)
第7章 總結(jié)與展望
    7.1 總結(jié)及創(chuàng)新點(diǎn)
    7.2 展望和不足
參考文獻(xiàn)
作者簡(jiǎn)介及在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果

【參考文獻(xiàn)】

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