随着高光谱图像技术的不断发展, 光谱分辨率和空间分辨率不断提高, 相比于其他遥感图像, 能够获得更为精细的光谱特征。 这为地物的高精度分类、 解混和目标检测等研究领域提供了理论平台, 其中由于高光谱异常目标检测技术不需要地物的先验信息, 更符合实际应用的需求。 针对现有的大多数高光谱异常目标检测算法只关注目标和背景在光谱信息方面的差异, 而忽略两者空间信息的差异, 导致检测精度不高的问题, 提出了一种基于空谱联合异常度的高光谱异常目标检测算法。 该算法不需要假设图像的背景模型, 建立在滑动双窗口的基础上, 提出了光谱异常度和空间异常度两个概念。 在光谱异常度计算中, 考虑了波段间的非线性特征, 采用光谱角匹配的核函数方法进行检测, 基于双窗口模型的基础上逐个计算中心像元与局部背景像元的核光谱角并设置阈值来获得中心像元的光谱异常度; 在空间异常度的计算中, 由于物质在空间方面的聚类特性, 通过构建像元点的空间窗模型能够得到代表像元类别的图像块灰度向量, 同时求解不同像元之间图像块灰度向量的欧式距离并设置阈值来获得中心像元的空间异常度; 最后将中心像元的光谱异常度与空间异常度进行加和则可得到中心像元的空谱联合异常度, 基于滑动双窗口模型对整幅图像的像元进行逐个检测, 即可得到图像的异常检测结果。 采用AVIRIS的三组真实高光谱数据对所提算法进行仿真实验, 并与传统的RX算法、 LRX算法和KRX算法进行对比研究, 结果表明本文算法具有较好的检测效果, 与KRX算法相比, 运行速度具有较大幅度的提升。

为了利用视觉图像中信息的无源性、实时性以及机载控制器的自创性等特性，解决无人机信源易干扰、有延时、受制约的问题，分析了“十”字型四旋翼无人机的动力结构、控制原理以及无人机飞行过程中位姿方程、动力方程之间的相互关系，完成了四旋翼无人机六自由度信息和飞行控制四元素输入信息之间的转换，设计了基于合作目标匹配的无人机视觉图像自主控制算法。结果表明，在实测值为零时，即可完成自主降落功能。该算法可以实现简单环境下四旋翼无人机的自主降落。这一研究对无人机的自主化、智能化发展具有一定的帮助作用。

针对低秩稀疏矩阵分解的高光谱异常目标检测算法忽略了图像的空间信息, 导致检测精度低的问题, 提出了一种联合空间信息的改进低秩稀疏矩阵分解的高光谱异常目标检测算法。算法综合利用了高光谱图像的光谱信号与空间信号, 并与图像自身的稀疏性相结合, 对经典的基于低秩稀疏矩阵分解的目标检测算法进行改进, 该算法以待测像元为中心构建一定大小的空间窗, 计算中心像元与邻域内其他像元的空间相似度权值和光谱相似度权值, 通过计算邻域内其他像元对中心像元的比例权值得到了中心像元的重构光谱值并作差得到两者的残差矩阵; 最后基于低秩稀疏矩阵分解的高光谱异常目标检测算法得到图像的稀疏矩阵, 将代表异常目标信息的稀疏矩阵和残差矩阵相加并求解矩阵行向量之间的欧式距离得到像元的异常度, 设置阈值, 得到检测结果。为验证所提算法的检测性能, 采用了真实的高光谱数据进行仿真实验, 并与现有算法进行对比, 结果表明该算法能够得到更高的检测精度。

针对协同表示的高光谱异常目标检测算法的异常点敏感问题, 提出了一种基于背景纯化的改进协同表示的高光谱异常目标检测算法。利用扩展数学形态学的膨胀操作消除局部背景模型中可能存在的异常点, 从而得到更为纯净的背景字典, 能够有效地消除检测过程中异常点对检测效果的负面影响, 从而提高检测精度。采用该算法对高光谱数据进行仿真实验, 并与现有算法进行对比, 结果表明该算法具有更好的检测效果。

为了充分利用连续视觉图像中3维空间信息, 解决无人机自主降落过程中的定位问题, 在稠密3维点云法和光流法定位原理的基础上, 提出了基于同物不同时图像像空间的定位方法。以理论推算、图形注释等方式, 通过求解单个像素点和整个图像移动变化情况, 将连续帧图像的形变、量变信息分解为无人机和参照物的空间相对运动信息, 并结合已知的参照物运动参量, 推算了无人机飞行位姿信息, 完成了无人机基于光学视觉图像的空间定位方法研究。结果表明, 该研究为视觉系统在无人机降落回收过程中独立实现空间定位提供了一定的借鉴和参考。

在深入分析了无人机视觉降落多种方式的基础上，结合无人机连续视觉图像的三维空间信息，提出了基于空地协同视觉信息的无人机自主降落方法，设计了一种多图形组合、多色彩导引、多方法识别的地面合作目标。从坐标系的转换、合作目标的选取、识别与处理等方面进一步细化论述空地协同视觉完成无人机自主降落的方式，通过灰度变换、 HSV色彩变换、HU不变距匹配等方法保障了合作目标的准确识别率。