基于图像匹配的航空相机大速高比测量技术研究

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1、密级:硕士学位论文基于图像匹配的航空相机大速高比测量技术研究作者姓名：许伟伟指导教师：梁伟副研究员光电技术研究所光电传感器实验室学位类别：工程硕士学科专业：光学工程研究所：中国科学院光电技术研究所二零一五年肆月StudyonthehighV/HmeasurementtechniqueofaerialcamerabasedonimagematchingByXuWeiweiADissertation/ThesisSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialful

2、fillmentoftherequirementForthedegreeofMasterofOpticEngineeringTheInstituteofOpticsandElectronics,ChineseAcademyofScienceApril,20151致谢致谢本论文是在梁伟老师的悉心指导下完成的，在此论文完成之际，首先向导师梁伟副研究员表示最诚挚的谢意，感谢老师在我攻读硕士学位期间给予的学术上的指导，实际动手能力的培养和学习工作条件等方面的全方位支持以及生活上的关心。在攻读硕士学位期间，梁伟老师扎实的理论功底，严谨

3、的治学态度，丰富的科研和实践经验以及不断创新的科研精神都是我受益匪浅，从开题到中期，再到最后的结题，每个重要的决定背后都有梁伟老师悉心的指导和殷切的教诲。科研道路是一条“求真”之路，梁伟老师的悉心教导让我明白了科研的含义，帮助我从被动接受的教育模式转变为主动探索的科研模式。感谢廖靖宇、赵人杰、樊越、庄富强、黄金龙等职工对我工作学习和生活的关心与照顾，感谢汪旋、王磊、潘年、何凯、黄龙、赵波等实验室师兄师弟一起营造的和谐良好的工作环境和学习氛围，感谢他们在课题研究工作和生活中对我的关心照顾，感谢六室全体师兄师弟们对我的关心与照顾

4、。感谢研究生部廖俊丽老师、胡琛老师、朱文师兄等在学习生活中给予我的关心和帮助，感谢研究生部组织举办的多种学术和娱乐活动丰富了所内的科研生活。感谢同届的所有同学在硕士期间带给我的欢乐和感动，感谢你们让我的硕士生活充满了珍贵而温馨的回忆。特别感谢我的父母和家人，感谢他们一直无条件的给予我完全的信任与支持，感谢他们对我的关心、呵护、支持和鼓励，感谢他们在我遇到困难和挫折时给我的支持，为我带来信心和勇气，他们是我的坚强后盾，是我继续下去的强大动力；感谢我的男朋友对我学习工作的支持，对我生活上的帮助和关爱，在我迷茫困惑时给我鼓励，让我

5、有继续前行的动力，他是我全身心投入论文工作的精神支柱。最后感谢所有曾经帮助和关心过我的人。许伟伟2015年4月2基于图像匹配的航空相机大速高比测量技术研究摘要本文的主要研究内容是采用图像匹配的方式对航空相机飞行过程中的载机瞬时速高比值进行精确测量，并应用于像移补偿工作以提高航空相机成像质量。现有的航空相机像移补偿装置在载机飞行速高比值较大的情况下对图像进行像移补偿后的成像质量无法达到项目的精度需求，导致该现象最主要的原因是速高比值测量精度过低，因此本课题的研究重点是在大速高比值情况下实现其精确测量。课题研究过程中综合分析了传

6、统机械式速高比值测量方式依据的工作原理和存在的问题，指出满足航空相机现阶段发展需求的速高比值测量方式应该具备体积小、重量轻、功耗小、集成度高、实时性高等多种特性。论文采用基于图像匹配的数字式测量方式对航空相机瞬时速高比值进行精确测量，工作原理为取连续拍摄的两幅航空图片进行匹配得到帧间像移量，利用两图像的相对移动距离计算出速高比值。论文首先对基于图像匹配的速高比值测量方式进行了系统的理论分析和误差分析，选定相机参数，依据理论分析计算速高比测量误差及像移补偿误差验证该测量方式的理论可行性；然后对几种经典的图像匹配方式进行了分析论

7、证，并对灰度相关算法和相位相关算法进行了仿真对比验证，通过分析对比验证结果决定采用相位相关算法作为本文选用的图像匹配算法；同时为提高该测量方式的测量精度和使用范围，对相位相关算法进行了一定的改进：在原有算法的基础上增加了对数极坐标变换和插值算法以解决旋转图像的匹配和图像的亚像元精度匹配；最后搭建实验平台，验证速高比值测量精度能否达到理论分析的精度水平，并使用测量得到的速高比值计算航空相机像移补偿误差，实验结果证明使用该方式测得的速高比值进行航空相机像移补偿后的图像质量可以满足航空相机成像质量要求，验证了该测量方式的实际可操作

8、性。论文最后指出了基于图像匹配的速高比测量方式的待改进之处及下一步工作展望。关键字：速高比，像移量，图像匹配，成像质量，像移补偿3ABSTRACTABSTRACTThecontentsofthispaperistomeasuretheinstantaneousV/Hofaerialcame