基于局部特征的景象匹配制导算法研究

论文摘要

近年来,精确制导武器得到了越来越广泛的应用,如何提高制导武器的精度成为了研究的重点。景象匹配末制导是提高制导武器精度的一个重要的手段。在景象匹配制导系统中,匹配算法对系统的实时性和准确性起着至关重要的作用。本文围绕电视捷联导引头景象匹配制导算法而展开,在深入分析了景象制导技术的特点及其对匹配算法的特殊要求的基础上,提出了景象匹配制导算法解决方案,并对此方案进行了仿真实验验证。本文深入研究了景象匹配制导技术的特点,指出制导这一特殊的应用场合要求匹配算法对复杂的几何和光学畸变具有鲁棒性,并且精度高、速度快、易于硬件实现。针对这些特定的要求,结合对当前各种图像匹配算法的性能分析,本文提出了景象匹配制导算法解决方案,即当实时图和基准图拍摄时视角偏差小于等于30o时,使用尺度不变特征变换(Scale Invariant Feature Transform)匹配算法(简称为SIFT特征匹配算法)进行图像匹配;当实时图和基准图拍摄视角偏差大于30o时,使用最大稳定极值区域(Maximally Stable Extremal Regions)匹配算法(简称为MSER特征匹配算法)进行图像匹配。文章详细介绍了SIFT特征匹配算法,在吸收了SIFT特征匹配算法的精髓的基础上,借鉴尺度空间理论和平面几何学理论的思想,提出了基于D2OG特征点检测算子的SIFT特征匹配算法。改进算法保持了原算法优良的尺度和旋转不变性和匹配精度,在运算速度上有一定的提高,增强了算法的实时性。针对实时图与基准图成像视角偏差较大的情况,提出了MSER特征检测算子与SIFT描述符算子相结合的MSER特征匹配算法,详细讨论了如何用SIFT描述符对MSER区域进行描述的思路和方法。最后,设计一系列的仿真实验验证了本文提出的景象匹配制导算法解决方案的正确性。通过对标准测试库图像和实际航拍图像的仿真实验,分析总结了SIFT特征匹配算法、改进的SIFT特征匹配算法以及MSER特征匹配算法各自的优缺点,指出将改进的SIFT特征匹配算法与MSER特征匹配算法组合起来,可以起到优势互补的作用,是一种行之有效的解决方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 景象匹配制导技术发展现状及趋势
• 1.2.1 国外景象匹配制导技术发展现状
• 1.2.2 国内景象匹配制导技术发展现状
• 1.2.3 景象匹配制导技术发展趋势
• 1.3 课题研究任务需求及其意义
• 1.3.1 本课题的任务需求
• 1.3.2 课题研究意义
• 1.4 论文研究内容及组织结构
• 第二章 景象匹配制导算法研究
• 2.1 引言
• 2.2 景象匹配问题的数学描述
• 2.3 景象匹配算法研究
• 2.3.1 景象匹配算法的构成要素
• 2.3.2 景象匹配算法分类
• 2.3.3 景象匹配算法性能评估
• 2.4 景象匹配制导问题分析
• 2.4.1 景象匹配制导的特殊性分析及其对匹配算法的要求
• 2.4.2 解决思路
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于尺度不变特征的景象匹配算法研究
• 3.1 引言
• 3.2 SIFT 特征匹配算法
• 3.2.1 尺度不变特征点提取
• 3.2.2 SIFT 特征向量的生成
• 3.2.3 SIFT 特征向量的匹配
• 2OG 特征点检测算子的改进的SIFT 特征匹配算法'>3.3 基于D²OG 特征点检测算子的改进的SIFT 特征匹配算法
• 2OG 特征点检测算子的理论依据'>3.3.1 D²OG 特征点检测算子的理论依据
• 2OG 特征点检测过程'>3.3.2 D²OG 特征点检测过程
• 3.3.3 过零点检测阈值的选择
• 3.3.4 特征点描述与匹配
• 3.4 改进的SIFT 特征匹配算法与原算法性能比较实验
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于最大稳定极值区域的景象匹配算法
• 4.1 引言
• 4.2 基于最大稳定极值区域的仿射不变检测算子
• 4.2.1 最大稳定极值区域的定义
• 4.2.2 最大稳定极值区域的性质
• 4.3 最大稳定极值区域的提取算法
• 4.3.1 算法分析
• 4.3.2 算法流程
• 4.4 基于SIFT 描述符的最大稳定极值区域描述
• 4.4.1 引言
• 4.4.2 基于SIFT 描述符的最大稳定极值区域描述
• 4.5 主要参数对算法性能的影响
• 4.5.1 仿真实验说明
• 4.5.2 参数?对算法性能的影响
• 4.5.3 参数RadiusScale 对算法性能的影响
• 4.5.4 匹配效果
• 4.6 本章小结
• 第五章 仿真实验验证和算法匹配效果
• 5.1 引言
• 5.2 SIFT 与MSER 算法性能对比实验
• 5.2.1 仿真实验说明
• 5.2.2 实验结果与分析
• 5.2.3 算法优缺点分析
• 5.3 实际航拍图像仿真实验
• 5.3.1 仿真实验说明
• 5.3.2 实验结果及其分析
• 5.4 仿真实验综合分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 进一步研究方向
• 致谢
• 参考文献
• 作者在攻读硕士期间撰写的主要论文