Построение фотографических карт подводного дна на основе больших массивов изображений

• Автор: Камаев, Александр Николаевич
• Шифр специальности: 05.13.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Хабаровск
• Количество страниц: 148 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Список условных сокращений

Введение

Глава 1. Проблемы построения фотографических карт подводного дна

1.1. Постановка задачи

1.1.1. Получение фотоматериала для фотографических карт дна

1.1.2. Использование фотографических карт дна

1.1.3. Специфика задачи построения фотографических карт дна

1.2. Анализ методов автоматической сшивки изображений

1.2.1. Сопоставление изображений

1.2.2. Калибровка камер

1.2.3. Вычисление положения и ориентации камер
1.2.4. Проекция изображений на одну поверхность
1.2.5. Совмещение изображений
1.3. Применение существующих систем сшивки к подводным изображениям
1.4. Основные задачи, требующие решения
Глава 2. Поиск связанных изображений
2.1. Постановка задачи
2.2. Система координат изображения
2.3. Визуальные особенности на изображениях
2.3.1. Компенсация освещения АН ПА
2.3.2. Обнаружение особых точек
2.3.3. Построение дескрипторов особых: точек
2.4. Сопоставление особенностей на паре изображений
2.4.1. Оценки соответствия дескрипторов
2.4.2. Выявление соответствий
2.4.3. Фильтрация ложных соответствий
2.5. Алгоритм быстрого поиска связанных изображений
2.5.1. Необходимость применения быстрых алгоритмов
2.5.2. Списки кандидатов на сопоставление
2.5.3. Поиск похожих дескрипторов особенностей
2.5.4. Сопоставление пар в больших наборах изображений
2.6. Результаты
2.6.1. Описание данных
2.6.2. Компенсация освещения
2.6.3. Сопоставление пар изображений с малым перекрытием
2.6.4. Поиск связанных изображений
Глава 3. Вычисление положения и ориентации изображений
3.1. Постановка задачи
3.2. Поиск начального приближения решения
3.2.1. Начальные значения параметров
3.2.2. Относительное позиционирование изображений
3.3. Эффективное решение системы линейных алгебраических уравнений
3.3.1. Общий алгоритм решения
3.3.2. Минимизация заполнения матрицы системы
3.3.3. Обратный алгоритм Катхилла-Макки
3.3.4. Метод вложенных сечений
3.3.5. Модификация метода вложенных сечений
3.3.6. Метод параллельных сечений
3.4. Итеративное уточнение решения
3.4.1. Алгоритм Левенберга-Марквардта
3.4.2. Структура рассматриваемой задачи
3.4.3. Составление таблицы связи точек
3.4.4. Инициализация координат точек дна
3.4.5. Параметризация
3.4.6. Разреженный алгоритм Левенберга-Марквардта
3.5. Результаты
3.5.1. Исходные данные для тестирования
3.5.2. Алгоритмы решения СЛАУ
3.5.3. Задача поиска приближения планарных координат
3.5.4. Задача уточнения положения и ориентации АНПА
Глава 4. Визуальное представление фотографической карты дна
4.1. Постановка задачи
4.2. Алгоритм простой сшивки
4.2.1. Построение аппроксимирующей плоскости
4.2.2. Оценка корректности построенной плоскости
4.2.3. Коррекция плоскости
4.2.4. Функции проекции
4.3. Сшивка на основе трёхмерной модели дна
4.3.1. Построение трёхмерной модели рельефа дна
4.3.2. Процедура проецирования

Кроме сложности сопоставления изображений морского дна, движение камеры в процессе съемки сильно отличается от движения, используемого при построении бытовых сферических, цилиндрических или плоских панорам. Это также делает невозможным использование стандартных средства для составления фотографических карт подводного дна.
1.4. Основные задачи, требующие решения
В качестве вывода, перечислим основные задачи, для которых нет стандартных методов решения, и которые требуется решить с учётом специфики подводных изображений:
1. устранение неравномерного освещения, вызванного осветительными приборами АНПА;
2. обнаружение особенностей на слабоконтрастных изображениях;
3. надёжное сопоставление пар изображений, учитывающее большой процент ложных соответствий и использующее дополнительные данные, предоставляемые навигационной системой АНПА;
4. быстрый поиск связанных изображений в наборе из большого числа изображений с ненадёжными особенностями;
5. поиск приближённого положения и ориентации снимков для инициализации нелинейной задачи глобальной оптимизации;
6. эффективное решение глобальной задачи нелинейной минимизации для большого числа параметров;
7. сшивка изображений, максимально уменьшающая нестыковки вызванные эффектом параллакса.
Решение всех приведённых выше задач позволит создать программное средство, пригодное для построения фотографических карт подводного дна из десятков тысяч изображений, получаемых с АНПА в тяжёлых условиях съемки.