图像匹配导航定位技术

　　图像匹配导航定位作为一种不依赖于卫星的导航技术自主导航重要技术，在导弹导航、无人机导航方面具有重要的作用，《图像匹配导航定位技术》全面总结了作者20余年在自主导航技术方面的研究成果，部分算法已得到的工程应用。全书共分为14章，内容涵盖了可见光图像匹配、红外图像匹配和SAR图像匹配定位技术。

　　一直从事目标识别和组合导航等方面的教学和研究工作。发表SCI检索论文100余篇，申请专利30余项。已主持完成国家自然基金、科技部863项目、武器装备预先研究基金、军口863项目、民用航天项目、航天支撑项目以及与航天三院等有关院所协作课题60余项，研究成果在多个武器型号中得到成功应用。国防重点项目“下视景象匹配系统”于1999年获教育部科技进步一等奖，国防重点项目“弹载图像实时信息处理系统”2005年获国防科工委科技进步二等奖，863项目“CASM Image Info一体化遥感综合处理平台及工程应用”于2006年获测绘科技进步一等奖，国防重点项目“实时自动目标识别信息处理系统”于2007年获教育部科技进步一等奖，国防重点项目“实时自动目标识别信息处理系统”于2008年获教育部科技进步一等奖；国家重大工程项目“遥感测图业务平台研制及重大工程应用”于2009年获国家科技进步二等奖，国防重点项目“基于仿生学的战场光电信息感知系统”于2011年获中国船舶工业集团公司科技进步二等奖，国防基础科研项目“高速移动下的视频编码与无线传输的关键理论、方法研究”于2011年获湖北省自然科学二等奖。国防基础科研项目“高性能红外成像关键技术研究及其应用”于2013年获湖北省科技进步一等奖，民用航天计划项目“高帧频、大面阵红外成像关键技术及装备”于2013年获教育部发明二等奖。总装探索项目“基于多孔径光学阵列的多目标跟踪系统”于2014年获中国船舶工业集团公司科技进步一等奖、于2015年获国防科学技术进步奖二等奖。“高效高精准图像匹配理论及其应用研究”2018年获湖北省自然科学一等奖。

目录
第1章绪论(1)
1.1自主导航应用的需求分析(1)
1.2自主导航技术的概念以及国内外研究概况和发展趋势(2)
1.2.1空间飞行器自主导航技术(2)
1.2.2空间飞行器导航分类(3)
1.2.3国内外在导航技术领域的研究现状与发展趋势(4)
第2章下视图像匹配导航技术(10)
2.1图像匹配的三要素(12)
2.2特征空间研究(13)
2.3相似性测度的研究(17)
2.4搜索空间和搜索策略(18)
2.5匹配结果决策(19)
2.5.1多帧匹配的结果决策(21)
2.5.2飞行器空间位置反算(24)
2.5.3实验及其分析(26)
第3章基于局部熵差的图像匹配方法(28)
3.1算法及计算机仿真(28)
3.1.1图像的局部熵(29)
3.1.2匹配算法(29)
3.1.3实验结果与讨论(30)
3.1.4结论(32)
3.2理论分析(33)
3.2.1熵差最小法图像匹配原理(33)
3.2.2定义与一般约定(34)
3.2.3实时图含有噪声的精度分析(34)
3.2.4实时图含有噪声的匹配概率分析(36)
3.2.5结果分析与结论(37)
3.2.6实验结果与讨论(38)
第4章改进型局部熵差匹配算法(40)
4.1改进型局部熵差匹配算法(40)
4.2匹配算法(43)
4.3实验结果与讨论(44)
第5章匹配算法的可信度定量分析(48)
5.1匹配算法的性能评价方法(48)
5.1.1实时图的几何失真对匹配算法性能的影响(49)
5.1.2参考图的信噪比对匹配算法性能的影响(50)
5.1.3实时图的大小变化对匹配性能的影响(51)
5.1.4几何形变和噪声两个因素对匹配性能的影响(52)
5.2匹配可信度的定量分析(54)
5.2.1匹配可信度的定量分析方法(54)
5.2.2匹配可信度的定量分析实验结果(54)
第6章匹配算法的可靠性分析(55)
6.1实时图几何失真的模拟产生算法(55)
6.1.1几何形变的实现方法(55)
6.1.2各类几何形变的控制点位置(57)
6.2实验结果与讨论(57)
第7章参考图与实时图可匹配度的定量评估方法研究(60)
7.1参考图可匹配度的定量评估(60)
7.1.1影响参考图可匹配性的因素分析(60)
7.1.2如何评价参考图的可匹配度(64)
7.1.3参考图可匹配度的定量评价方法(70)
7.2实时图和参考图的相似性评估准则(71)
7.2.1相关性准则(71)
7.2.2其他相似性准则(72)
7.2.3实验结果及讨论(72)
7.3参考图和实时图的质量评价方法(74)
7.3.1实时图对匹配概率和匹配精度的影响分析(74)
7.3.2实时图和参考图的质量评价方法(75)
7.3.3实时图和参考图质量评价的实验结果(76)
7.3.4局部熵差相关匹配算法对参考图和实时图的基本要求(94)
第8章SAR图像匹配定位技术(95)
8.1国内外研究现状(96)
8.2图像匹配性能评价指标(98)
8.2.1匹配误差与匹配精度(98)
8.2.2匹配概率(99)
8.2.3匹配圆概率误差(99)
8.3图像匹配的相似性度量准则(100)
第9章多模图像匹配方法的优化、并行实时实现(101)
9.1基于图像小波金字塔迭代求精的快速搜索策略研究(101)
9.1.1小波变换理论与图像的多分辨率表示(101)
9.1.2小波迭代求精匹配算法(WIRA)搜索示意图(104)
9.1.3小波迭代求精匹配算法流程(105)
9.1.4小波迭代求精匹配算法复杂性分析(106)
9.1.5实验结果(107)
9.2基于图像FFT域的快速匹配算法研究(108)
9.2.1快速傅里叶变换(109)
9.2.2线性相关和线性相关的快速计算(109)
9.2.3基于FFT的线性相关的快速算法(109)
9.2.4基于FFT加速的去均值归一化互相关算法(111)
9.2.5实验结果(112)
9.3基于进化优化计算的快速搜索策略研究(112)
9.3.1遗传算法的基本原理与流程(113)
9.3.2遗传算法的基本构成要素(114)
9.3.3基于遗传算法的合成孔径雷达图像与卫星光学
图像匹配(116)
9.3.4实验结果(117)
第10章基于HOG描述子的SAR图像与可见光图像匹配算法(118)
10.1特征提取(119)
10.1.1边缘特征提取(119)
10.1.2HOG描述子的提取(121)
10.2基于HOG描述子的特征匹配(123)
10.3基于HOG描述子的SAR图像与可见光图像匹配算法流程(124)
10.4试验及结果分析(125)
10.4.1不同梯度算子及特征向量维数对匹配性能的影响(126)
10.4.2不同特征提取方法的图像匹配试验(127)
10.4.3不同地貌景物的图像匹配试验(129)
第11章基于改进SIFT的SAR与可见光图像匹配控制点定位算法(133)
11.1局部不变特征描述子的提取(133)
11.1.1SIFT算法原理(134)
11.1.2改进SIFT特征的提取与描述(135)
11.2特征匹配(137)
11.2.1最近邻方法(137)
11.2.2改进SIFT特征算法的匹配方法(138)
11.2.3RANSAC算法(138)
11.3基于改进SIFT算法的SAR图像与可见光图像局部精匹配
算法流程(139)
11.4试验及结果分析(141)
11.4.1不同特征点提取方法对匹配性能的影响(141)
11.4.2改进SIFT算法对不同区域的匹配适应性分析(146)
第12章飞行器空间位置反演的几何模型研究(150)
12.1弹载合成孔径雷达成像特性分析(150)
12.2空间位置反演的几何模型(151)
12.2.1SAR的构象模型(153)
12.2.2F.Leberl数学模型(153)
12.3基于F.Leberl构象模型的空间位置反演(154)
12.3.1基于匹配控制点的飞行器空间位置反演的基本原理(155)
12.3.2飞行器位置反演的约束条件与反演方程(156)
第13章基于SAR构像方程的反演模型求解(157)
13.1飞行器位置反演方程的求解(157)
13.2飞行器位置反演方程的线性化与求解(157)
13.3基于最小误差求优的飞行器位置反演方程的求解(159)
13.3.1目标函数的凹凸性分析(161)
13.3.2飞行器位置反演方程求解初值的确定(162)
13.3.3高斯牛顿法(163)
第14章反演模型求解的误差补偿(169)
14.1基于图像运动模型的SAR图像匹配定位补偿技术(171)
14.2基于仿射运动模型的SAR图像匹配定位补偿技术(172)
14.2.1仿射运动模型(172)
14.2.2图像强度变化(173)
14.2.3迭代求精(174)
14.2.4迭代收敛证明(174)
14.3基于加权函数的SAR图像匹配定位误差补偿(174)
14.3.1SAR图像运动模型的加权函数(175)
14.3.2基于已知DEM地理信息的运动模型加权(176)
14.4实验结果与讨论(177)
参考文献(181)