针对载体姿态变化引起的相机旋转运动,提出一种基于相关滤波的高速图像旋转运动估计算法(GPCF)。在灰度投影法的基础上,该算法采用相关滤波代替互相关运算进行角度估计。通过构建循环移位矩阵,扩充负样本数量,有效提高旋转运动估计的精度和鲁棒性。构建噪信比公式,以定量分析噪声对旋转运动估计算法的影响程度。理论分析和实验结果均表明,GPCF能够实时估计图像序列旋转角度,且精度和稳定性相比灰度投影法具有较大提升。
图像处理 旋转运动估计 灰度投影法 互相关 相关滤波 激光与光电子学进展
2023, 60(10): 1010026
安徽工业大学电气与信息工程学院,安徽 马鞍山 243032
针对无人机影像匹配容易出现匹配速率低、鲁棒性差的问题,提出一种改进AKAZE(accelerate-KAZE)算法的快速图像匹配方法。首先,在特征提取阶段,使用AKAZE算法对非线性尺度空间进行构建,采用fast retina keypoint(FREAK)描述符对特征点进行有效描述;之后,利用基于网格的运动估计(GMS)方法对所获得特征点进行预匹配,并进行鲁棒性优良的区分;最后,在随机抽样一致性(RANSAC)算法的基础上对匹配结果进行进一步筛选。为了验证所提方法的有效性,使用Oxford标准图像数据集和RSSCN7遥感图像数据集进行实验,对所提方法与改进AKAZE、ORB、KAZE、SIFT+FREAK算法进行对比,确保所提方法在保持较高准确率的同时能够实现快速的图像配准。在图像光照变化、模糊变换及压缩变换下,所提方法能够保持较好的鲁棒性,可以满足无人机影像实时匹配的需求。
图像处理 特征匹配 FREAK 网格运动估计 随机抽样一致性算法 激光与光电子学进展
2023, 60(6): 0610007
1 天津大学电气自动化与信息工程学院,天津 300072
2 贵州大学物理学院,贵州 贵阳 550025
传统的光束偏转技术由机械装置实现,然而机械装置具有机械惯性,会导致光束抖动。基于液晶空间光调制器(LCSLM)的新型光束偏转技术不仅能够克服机械惯性的缺陷,而且能够实现单光束输入、多光束输出,无需使用多个装置即可同时控制多光束偏转。为了实现多目标的光束跟瞄,本团队提出了一种基于多光束生成方法的多目标同步跟踪和瞄准方案,该方案将相机作为位置探测器,并使用LCSLM偏转光束对目标进行跟瞄。此外,本团队设计并搭建了双目标的同步光束跟踪和瞄准实验系统,当目标分别以2、3、4、5 mm/s的速度移动时,光束跟瞄的测量均方根误差分别为2.7045、5.6014、8.3823、11.9011 μrad。此双目标跟瞄系统有望应用于激光通信网络的双光束跟踪中。
光学器件 空间光调制器 衍射光栅 相位调制 多光束生成 运动估计 目标跟踪
东南大学仪器科学与工程学院,江苏 南京 210096
为了解决视觉-惯性里程计(VIO)在室外复杂环境中图像特征信息不足和累计误差的问题,设计提出了一种基于点线特征的单目VIO和全球卫星导航系统(VIO-GNSS)定位算法。首先,提出了一种基于几何约束的最小化策略对提取的线特征进行前后帧间约束匹配,改进了基于点线特征的单目VIO算法;在此基础上,建立了改进的VIO-GNSS松耦合定位模型,利用GNSS全局观测值对VIO位姿估计的累计误差进行校正和抑制。在KIITI数据集和实测数据集中进行了实验验证,结果表明,与几种同类算法相比,提出算法在GNSS信号良好/间断/拒止的大型室外复杂环境中均可保持良好的精度和鲁棒性,且满足驾驶定位的实时性要求。
机器视觉 运动估计和光流 点线特征 视觉-惯性里程计 卡尔曼滤波 多传感器定位 激光与光电子学进展
2022, 59(18): 1815002
1 中国科学院光电技术研究所自适应光学重点实验室,四川 成都 610209
2 中国科学院大学,北京 100049
实际自适应光学控制系统中存在的时间延迟,导致校正器生成的校正面形与实际的波前畸变不匹配,产生校正滞后误差。基于大气冻结湍流假设,提出了一种基于运动估计的波前畸变预测方法,来补偿时间延迟带来的影响。方法具体采用模板匹配算法,根据参考帧和当前帧的波前复原图像进行大气湍流运动方向估计,然后对当前帧进行移动处理来实现对下一帧图像的预测。通过采用不同采样频率、不同横向风速度的仿真数据对比,评估预测方法的适用范围,讨论回溯帧数对预测效果的影响。也与采用最小递归二乘(RLS)模式预测方法的预测效果进行比较。仿真结果显示,在波前复原图像变化趋势较为明显的情况下,即横向风对大气湍流变化影响占主导地位时,方法表现更好,使得在天气较为恶劣的情况下仍能保持更佳的预测效果。最后使用实际天狼星观测数据对预测方法进行验证,整体仍保持预测效果。
自适应光学 湍流预测 运动估计 波前校正 adaptive optics turbulence prediction motion estimation wavefront correction
郭弘扬 1,2,3徐淑静 1,2,3许世浩 1,2,3徐杨杰 1,2,3[ ... ]黄永梅 1,2,3
1 中国科学院 光束控制重点实验室, 成都 610209
2 中国科学院 光电技术研究所, 成都 610209
3 中国科学院大学, 北京 100049
空间激光通信系统中, 波前校正系统时间延迟引起校正器生成的校正面形与实际的畸变不匹配, 最终导致校正滞后误差。针对这一问题, 分析大气扰动产生的时序像差模型, 提出一种基于运动估计的波前预测补偿技术。在大气冻结模型假设下, 采用自适应根模式搜索(ARPS)运动估计算法, 根据参考帧与当前帧的畸变光斑图像对下一帧的大气扰动进行估计。仿真结果表明: 在50 Hz采样频率下, 波长为1550 nm、口径为0.1 m的望远镜系统在10 m/s等效风速时归一化光强图像校正残差从1.24 rad降低到1.17 rad。
空间光通信 运动估计 自适应根模式搜索算法 像差预测 波前校正 space optical communication motion estimation adaptive root pattern search algorithm aberration prediction wavefront correction
上海大学 微电子研究与开发中心, 上海 200444
为提升用户体验, 近眼显示设备应轻量化且具备高分辨率和高刷新率, 传统视频压缩方案难以满足需求。针对这一问题, 本文将运动估计应用于位平面压缩, 将恰可察失真映射至位平面以指导运动估计的匹配准则。同时, 从虚拟现实领域中数字驱动微显示器的应用场景出发, 使运动估计的搜索范围根据刷新率自适应。最后, 结合人眼临界频率与位平面的关系, 设定匹配阈值进一步消除冗余。本文提出了一种基于位平面运动估计的视频压缩方案, 以此设计数字驱动微显示器控制器并搭建系统验证设计。实验结果表明, 该方案平均压缩比为9.328 8, 压缩效率较高。解码后的图片平均峰值信噪比为22.810 3 dB,结构相似度为0.946 6, 恰可察失真到位平面的映射有效, 图片质量和渲染效果良好, 符合人眼的直观感受。
近眼显示 微显示器 运动估计 恰可察失真 near-eye display microdisplay motion estimation just noticeable difference
1 浙江大学信息与电子工程学院, 浙江 杭州 310027
2 浙江省信息处理与通信网络重点实验室, 浙江 杭州 310027
针对目前单目同步定位与建图(SLAM)初始化方法鲁棒性差、精度低的问题,提出了一种基于点线特征的单目SLAM初始化方法。首先,在两帧图像之间提取线特征,并进行特征匹配。然后,通过最大化投影线特征的重叠长度优化两帧图像之间的初始旋转和平移矩阵。最后,用滑动窗口增加初始化的图像帧数,利用多帧图像的信息和约束关系以及全局光束平差法优化初始地图和估计的相机关键帧位姿。在TUM和OpenLORIS数据集上的测试结果表明,相比传统初始化方法,本方法的鲁棒性更好、精度更高,能在具有挑战性的场景中快速完成高精度初始化。
图像处理 运动估计和光流 多帧图像处理 单目视觉初始化 定位与建图 点线特征 光学学报
2021, 41(12): 1215002