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Deep Learning-Based Feature Matching Algorithm for Multi-Beam and Side-Scan Images
DOI:10.3390/rs17040675.png)
摘要
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侧扫声呐和多波束测深系统(MBES)是当今海洋测绘中应用最广泛的水下测绘工具。MBES在深度测量方面具有高精度,但受限于波束密度约束,成像分辨率较低。相反,侧扫声呐提供高分辨率的反向散射强度图像,但缺乏精确的位置信息,且常伴有畸变。因此,MBES和侧扫图像在深度精度和成像分辨率方面相互补充。为了在实际中获得高质量的海底地形图像,MBES与侧扫图像之间的匹配是必要的。然而,由于MBES深度图像与侧扫反向散射图像在内容和分辨率上存在显著差异,它们代表了异构图像的典型例子,使得传统图像匹配方法难以进行特征匹配。为解决此问题,本文提出了一种基于LoFTR算法的特征匹配网络,利用ResNet-50网络的中层提取两种图像类型之间的共享特征。通过利用自注意力机制和交叉注意力机制,结合了MBES和侧扫图像的特征,并计算两种模态的相似度矩阵以实现相互匹配。实验结果表明,与传统的匹配方法相比,所提出的模型对噪声干扰具有更强的鲁棒性,并能有效抑制噪声。该模型还克服了MBES与侧扫图像之间存在的非线性差异大、几何畸变显著以及匹配难度高等挑战,显著提升了优化后的图像匹配效果。匹配误差的均方根误差(RMSE)已降低至6个像素以内,实现了多波束与侧扫图像的精确匹配。
Keyword:
multi-beam system
side-scan system
image registration
feature matching
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4.1
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