Диссертация (1095112), страница 12

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 12)

Если совмещение неудовлетворительное, то определяетсяпара (пары) ключевых точек, расстояния между образами которых оказались80большими, чем 1,75 среднего расстояния по всему множеству ключевых точек, иудаляются из множества пар ключевых точек. Также из множества ключевыхточек, расположенных в некоторой малой окрестности (размер окрестностивыступаетвкачествепараметраалгоритма),возможноиспользованиеединственной;3) повторное нахождение матрицы гомографии по сокращенному множествупар ключевых точек, совмещение изображений, оценивание качества совмещения.Шаги 2 и 3 алгоритма выполняются итерационно до момента полученияудовлетворительного совмещения изображений.

В результате работы алгоритмаполучаем максимально качественное из возможных (в смысле применяемогопоказателя качества) совмещение изображений с использованием исходногонабора пар ключевых точек.2.4 Алгоритм совмещения изображений на основе единственной парыключевых точекПредлагаетсяалгоритм,позволяющийосуществитьпредварительноесовмещение контуров, основанный на идеях ключевых точек. Основные отличияпредлагаемого алгоритма от подхода, основанного на использовании матрицыгомографии, заключаются в следующем.Во-первых, для реализации этого алгоритма необходима единственная параключевых точек. Во-вторых, он позволяет в процессе совмещения изображений(контуров) получить предварительные оценки пяти компонент x, y, h, , вектора ошибок навигационных параметров ν  x, y, h, , ,   . Ошибка  покурсу в рамках предлагаемого алгоритма не оценивается [54, 55].Алгоритм предсовмещения состоит из нескольких шагов.

Рассмотримосновные шаги алгоритма и результаты их применения к паре изображений,представленных на рисунке 2.24.81Рисунок 2.24 – Пара исходных изображений1.Аппроксимациясинтезированномконтуровизображенияхосновныхобъектовмногоугольниками.нареальномиАппроксимирующиемногоугольники должны содержать минимальное число вершин (угловых точек),но при этом достаточно точно повторять контуры объекта.2.Сокращениеколичестваточеквполученныхмногоугольниках.Достигается за счет удаления из контуров точек, не являющихся угловыми.3.Установление взаимно-однозначногосоответствиямежду точкамиконтуров.4.

Совмещение изображений по линии горизонта. Устранение несовпадениясинтезированного и реального изображения по линии горизонта осуществляетсяпутем поворота одного изображения относительно другого.5. Совмещение по найденной паре ключевых точек. Осуществляется за счетсдвига одного изображения относительно другого в плоскости Oxy на смещение,определяемое как x  xM  xM  , y  y M  y M  .6. Корректировка по углу тангажа и высоте.На первом и втором шагах осуществляется аппроксимация контуровосновныхобъектовнареальномисинтезированномизображенияхмногоугольниками. Для рассматриваемых в примере изображений это контурыреки. Для этого используется алгоритм, предложенный в пункте 2.3.6 настоящейработы.Натретьемоднозначногошаге82алгоритма производитсясоответствиямеждуугловымиустановлениеточкамивзаимно-многоугольников,полученных на предыдущем шаге c применением алгоритма, предложенного впункте 2.3.7 настоящей работы.На рисунке 2.25 показаны многоугольники, аппроксимирующие контурыреки на реальном и синтезированном изображении.

Каждой точке виртуальногоизображения ставится в соответствие некоторая точка реального изображения, этисоответствия и значения коэффициента  ij приведено в таблице 2.5.аба – на реальном изображении ;б – на виртуальном изображенииРисунок 2.25 – Многоугольники, аппроксимирующие контуры рекиТаблица 2.5 – Соответствия точек контуров и коэффициенты похожестиТочка ВИКоэффициент Точка РИ123456Выбор ключевой точки из10,4920,5130,4240,5670,4580,73ограниченного множества пар соответствующихточек осуществляется по критерию j0  arg min ij . Однако соответствующиеj 1, nпары точек могут располагаться слишком близко к линии горизонта и к краямизображения, где оценки координат точек могут содержать наибольшие ошибки.83Поэтому выбор ключевой точки дополняется сравнением на множестве пар точексо значением критерия  ij , близким к минимальному ij0 , по положению этихточек относительно линии горизонта и краев изображения.На основании анализа значений коэффициента  ijв таблице 2.5 идополнительных критериев в качестве ключевой точки для осуществлениядальнейших процедур совмещения выбрана пара точек с номерами 4-4.

Значениекоэффициента в этой точке больше чем, например, в точках 1, 2, 3, 5, ноданная точка проходит по дополнительным условиям. Так, например, пары точек1-1 и 2-2 находятся слишком близко к краю совмещаемых изображений. Пары 3-3и 5-7 имеют худшие по сравнению с парой 4-4 значения дополнительногопоказателя по углам между векторами d1  a1  a2 и d2  b1  b2 , т.е. поi  M i 1M i M i 1ориентации углови j  M j 1M j M j 1относительнокоординатных осей.Следующиенепосредственноэтапысалгоритмапроцедуройпредсовмещениясовмещения.контуровУстранениесвязанынесовпадениясинтезированного и реального изображения целесообразно начать с определенияугла между линиями горизонта на этих изображениях.На четвертом шаге осуществляется совмещение изображений по линиигоризонта. Угол, на который нужно повернуть одно из двух изображений,определяется как угол между прямыми, аппроксимирующими линии горизонта нареальном и синтезированном изображениях.

Линия горизонта на виртуальномизображении всегда четко выражена. Её положение рассчитывается в рамкахспециальногокомплексапрограмм,обеспечивающегоформированиеизображения, синтезированного по цифровой карте местности. На реальномизображении за линию горизонта принимается «линейный» массив пикселеймаксимальной длины в верхней части изображения не содержащий разрывов, заисключением, быть может, одиночных разрывов не более чем в один пиксель.~Оценки угловых коэффициентов b, b1 уравнений прямых : x  a  by ,~: x  a1  b1 y , аппроксимирующих линии горизонта соответственно на реальномисинтезированном84изображениях можнонайтистандартнымметодомнаименьших квадратов (МНК) по формулеbˆ nnni 1i 1i 12n   xi yi   xi   yin   xi2    xi i 1 i 1 nn(2.9).Однако в вычислительном отношении эти оценки проще вычислить спомощью скалярного произведенияbˆ  q  x(2.10)В формуле (2.10):q3 k ,k  1,...,1, 0,1, ..., k  1, k k k  12k  1-весовыекоэффициентыоператора, обеспечивающего вычисление оптимальной МНК-оценки частнойпроизводной- x -f[56];x2k  1 -мерный векторn  2k  1ординат линии горизонта.Применение формулы (2.10) обеспечивает выигрыш во времени вычисленияоптимальной оценки углового коэффициента в среднем в 4 раза по сравнению сформулой (2.9).После того, как найдены оценки bˆ , bˆ1 угловых коэффициентов, вычисляетсяугол, на который нужно повернуть синтезированное изображение для егосовмещения с реальным изображением по линиям горизонта.  arccos1  bˆ  bˆ11  bˆ 2  1  bˆ 2(2.11)1Для изображений, приведенных на рисунке 2.13, оценка угла (2.11) междулиниями горизонта оказалась равной 1,088  .

Это означает, что в навигационныхданных, по которым построено синтезированное изображение, содержитсяошибка   1,088  по углу крена. На рисунке 2.26 приведен результат наложения85исходного (рисунок 2.24) синтезированного изображения, предварительноповернутого на угол 1,088  , на реальное изображение.Можно отметить, что с точки зрения визуальной оценки линии горизонтатеперь совмещены.

Однако одно изображение смещено относительно другого и,возможно, повернуто на некоторый угол. Для совмещения изображений спомощью операции сдвига вдоль вектора, выделим из найденного на первых двухэтапах множества пар угловых точек одну ключевую точку.Выбор ключевой точки подчиняется двум основным требованиям: она, вопервых, должна находиться в окрестности средней линии между нижним срезомэкрана и линией горизонта и, во-вторых, должна быть наиболее значимой –принадлежать углу с максимально длинными сторонами.Рисунок 2.26 – Результат наложения реального и синтезированного изображенийпосле корректировки по углу кренаНа пятом шаге происходит совмещение по найденной паре ключевых точек.Вычислив параметры сдвига x  xM  xM  , y  yM  yM  , получим в нашемслучае, что x  68, y  17 пикселей. Сместим синтезированное изображение наэти величины вдоль соответствующих осей. Теперь ключевые точки совпадут.

НоодновременновозникнетсинтезированногосмещениеизображенияОбозначим эту величину ∆z.повертикалиотносительнореальноголиниигоризонта(рисунок2.27).86Рисунок 2.27 – Результат совмещения изображений по ключевым точкамСмещениелинийгоризонтаобусловленоналичиемпроекционныхискажений.

Для учета этих искажений нужно подобрать такие значения смещенийпо высоте h и по углу тангажа  , которые привели бы к совмещению каклиний горизонта, так и ключевых точек. Устранить это недосовмещение можно врамках пошаговой процедуры за счет корректировки значений угла тангажа ивысоты.На шестом шаге выполнения алгоритма производится корректировка поуглу тангажа и по высоте.Корректировка по углу тангажазаключается в следующем.

Напредыдущих стадиях выполнения алгоритма методом наименьших квадратовбыли найдены уравнения прямых, аппроксимирующих линии горизонта нареальном и синтезированном изображениях. По коэффициентам a и a1 этихпрямых определяется, какой знак имеет поправка к углу тангажа, а такжерасстояние между этими прямыми в пикселях. В рамках итерационной процедурыпроизводитсяуточнениеистинногозначенияуглатангажа(критерием«уточнения» служит сокращение расстояния между линиями горизонта). Дляэтого задается некоторый шаг, с которым начинает изменяться угол тангажа. Длякаждого значения этого угла и фиксированных значений остальных параметровгенерируется новое синтезированное изображение и производится сравнение87расстояний между прямыми, аппроксимирующими линии горизонта. Выполнениепроцедуры прекращается, когда расстояние между прямыми становится меньшенекоторого заранее заданного порога (в рамках проводимых исследований – 2пикселя).Определение смещения h по высоте также носит итерационный характер.Выбирается некоторый шаг по данной координате и производится генерацияизображений ВММ с различными значениями по высоте.

Характеристики

Список файлов диссертации