利用虚拟场景预测的传感器图像配准方法研究

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1、舟戋号．工Pi盟：!一工学硕士学位论文学号Q6∞0盟0一击毁——一篮五一．利用虚拟场景预测的传感器图像配准方法研究硕士生姓名李杰学科专业控制科学与工程研究方向模式识别与智能系统指导教师朱华勇副教授国防科学技术大学研究生院二0o八年十一月国防科学技术大学研究牛院学位论文摘要图像配准是指将不同时间、不同视角、不同设备获得的两幅或更多图像重叠复合的过程，它在几何上对齐两幅图像——参考图像和输入图像。本文基于传感器仿真视效被广泛应用于飞行员或无人机战术训练的应用背景，并且根据获得的仿真图像在任务执行时作为快速准确配准融合实时图像的参考图像，针对传统多源图像配准方法

2、无法在特征提取过程中获得鲁棒的相似特征，以及无法利用同源图像才有的相关灰度信息，结合具有孔径级别真实度的传感器仿真手段，提出了一种利用虚拟场景预测的传感器图像配准方法。它在具有更高细节水平的虚拟场景上，运用基于SensorVision红外视效仿真引擎仿真机理构建的红外图像仿真模型预测红外图像，并在图像配准过程中充分利用其在特征甚至灰度上与输入图像的相关性，来匹配输入图像相关特征或灰度，并最终配准输入图像。本文主要完成了以下几个方面的工作：1、归纳了传统的图像配准方法和基本步骤，提炼出了各类方法的特点，总结了这些方法的优缺点；并根据这些优缺点，提出了利用虚拟

3、场景预测的传感器图像配准方法；2、基于SensorVision红外视效仿真引擎构建了红外图像仿真模型，该模型提高了仿真过程的可控性以及仿真效果的真实性，并提出了适用于大温度波动的细节区域三维场景建模方法；3、分析了红外图像之间在特征、灰度等方面的相关性，对红外图像之间匹配方法做了简单研究，并运用长边缘相关匹配了仿真红外图像和红外图像：4、运用虚拟场景预测的方法对典型可见光与红外图像做了配准实验，并与传统方法进行了对比分析。关键词：图像配准，虚拟场景预测，传感器图像仿真第i页国防科学技术大学研究生院学位论文表目录表l辐射能方程的输入输出物理量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

4、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．24表2辐射能方程参数与视线几何体、地表形态、时间、光谱波长关系表⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．26表3材料数据库⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯48表4材料物理特性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯49表5材料波长反射率对⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．50表6MODTRAN输入列表⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．51表7仿射模型估计参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一57第⋯页国防科学技术大学研究生院学位论文

5、图目录图1应用概念示意图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2图2图像配准过程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11图3传统多源图像配准过程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯12图4利用虚拟场景预测的传感器图像配准过程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．14图5相关特征比较⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．15图6SensorVision仿真红外视效流程图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l7图7环境辐射示意图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

6、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．18图8视线路径几何体⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯25图9观察者坐标系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．26图10目标源坐标系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯26图1lMODTRAN程序的结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯29图12空圆特性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．33图13最大化最小角特性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．34图14局部优化过程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

7、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯34图15地形表面随特征多边形整合⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯36图16十字路口文化特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯36图17文化特征模型与仿真效果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯37图18二维线性可分的最优分界面示意图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯38图19可见光图像(参考图像)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯47图20红外图像(输入图像)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯47图21训练样区⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

8、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯48图22紧实土波长反射率对⋯⋯⋯⋯