一種遙感影像的快速配準(zhǔn)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種遙感影像的快速配準(zhǔn)方法，包括以下步驟：步驟S1：分別對(duì)待配準(zhǔn)遙感圖像和參考遙感圖像提取ORB特征點(diǎn)；步驟S2：對(duì)提取的ORB特征點(diǎn)進(jìn)行初始匹配，對(duì)初始匹配的特征點(diǎn)剔除錯(cuò)誤匹配的特征點(diǎn)；步驟S3：對(duì)所述待配準(zhǔn)遙感圖像進(jìn)行參數(shù)求解；步驟S4：對(duì)所述待配準(zhǔn)遙感圖像進(jìn)行重采樣，完成圖像配準(zhǔn)。該方法有利于提高圖像配準(zhǔn)的速度和精度。
【專利說明】一種遙感影像的快速配準(zhǔn)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及圖像處理【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種對(duì)不同時(shí)間、不同視角以及不同傳感器的兩幅以上的遙感影像進(jìn)行快速配準(zhǔn)的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]圖像配準(zhǔn)是圖像處理技術(shù)里的一門重要課題，目前圖像配準(zhǔn)已廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域，如遙感圖像分析、醫(yī)學(xué)圖像分析、圖像融合、機(jī)器視覺以及其他領(lǐng)域。
[0003]圖像配準(zhǔn)作為遙感影像處理的一個(gè)基本問題，是影像數(shù)據(jù)融合，動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測等遙感影像集成分析和應(yīng)用的前提和基礎(chǔ)。為了及時(shí)、準(zhǔn)確的監(jiān)測被測區(qū)變化，需要將獲得的遙感影像進(jìn)行實(shí)時(shí)配準(zhǔn)。常用的影像配準(zhǔn)方法通常分為兩類:基于灰度的配準(zhǔn)方法、以及基于特征(如特征點(diǎn)、特征曲線)的配準(zhǔn)方法?；诨叶鹊呐錅?zhǔn)方法利用圖像灰度值度量圖像之間的相似度，該類方法實(shí)現(xiàn)簡單，但速度慢，并且由于遙感影像由不同的傳感器、不同的視角以及不同天氣等情況下獲取，會(huì)出現(xiàn)尺度、旋轉(zhuǎn)、光照等變化，將導(dǎo)致該類算法無法正確配準(zhǔn)影像，而基于局部不變特征的方法不易受到影響?；谔卣鞯呐錅?zhǔn)方法根據(jù)需要配準(zhǔn)圖像間重要特征的幾何關(guān)系確定配準(zhǔn)參數(shù)，這類方法可以減少處理的數(shù)據(jù)量，而且對(duì)于圖像的畸變、噪聲等具有一定的魯棒性。因此匹配性能的好壞在很大程度上取決于特征描述的方法和特征提取的質(zhì)量。
[0004]目前針對(duì)圖像存在尺寸縮放，旋轉(zhuǎn)，平移的情況，主要使用SIFT提取特征點(diǎn)作為配準(zhǔn)特征。而SIFT特征需要建立特征點(diǎn)向量的維數(shù)高，計(jì)算量大，因此無法滿足遙感影像的實(shí)施配準(zhǔn)。
[0005]Fast角點(diǎn)基于特征點(diǎn)周圍的圖像灰度值，檢測候選特征點(diǎn)周圍一圈的像素值，如果候選點(diǎn)周圍領(lǐng)域內(nèi)有足夠多的像素點(diǎn)與該候選點(diǎn)的灰度值差別夠大，則認(rèn)為該候選點(diǎn)為一個(gè)特征點(diǎn)，即:

【權(quán)利要求】
1.一種遙感影像的快速配準(zhǔn)方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟S1:分別對(duì)待配準(zhǔn)遙感圖像和參考遙感圖像提取ORB特征點(diǎn)； 步驟S2:對(duì)提取的ORB特征點(diǎn)進(jìn)行初始匹配，對(duì)初始匹配的特征點(diǎn)剔除錯(cuò)誤匹配的特征點(diǎn)； 步驟S3:對(duì)所述待配準(zhǔn)遙感圖像進(jìn)行參數(shù)求解； 步驟S4:對(duì)所述待配準(zhǔn)遙感圖像進(jìn)行重采樣，完成圖像配準(zhǔn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種遙感影像的快速配準(zhǔn)方法，其特征在于，在步驟SI中，分別對(duì)待配準(zhǔn)遙感圖像和參考遙感圖像建立圖像金字塔，對(duì)每層圖像金字塔提取ORB特征點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種遙感影像的快速配準(zhǔn)方法，其特征在于，在步驟SI中，提取ORB特征點(diǎn)的方法為:首先進(jìn)行FAST角點(diǎn)檢測，進(jìn)行Harris角點(diǎn)檢測，選取前N個(gè)最好的點(diǎn)，然后用非極大值抑制來驗(yàn)證角點(diǎn)，剔除偽邊緣點(diǎn)，以使特征點(diǎn)分布均勻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種遙感影像的快速配準(zhǔn)方法，其特征在于，在步驟S2中，對(duì)提取的ORB特征點(diǎn)采用基于雙閾值的漢明距離特征點(diǎn)匹配方法進(jìn)行初始匹配，對(duì)初始匹配的特征點(diǎn)采用角點(diǎn)方向夾角為約束條件，剔除錯(cuò)誤匹配的特征點(diǎn)，具體方法為: 特征點(diǎn)的角點(diǎn)方向通過灰度質(zhì)心法求得，即通過計(jì)算角點(diǎn)圓形鄰域像素灰度的質(zhì)心，由角點(diǎn)和質(zhì)心形成的向量方向表征角點(diǎn)方向； 定義角點(diǎn)圓形鄰域矩為:= vr ? ) 'h y ■),所述角點(diǎn)圓形鄰域的

Πmmmmt A,/
,"10 ",01質(zhì)心為:c=，則角點(diǎn)與質(zhì)心形成的向量方向即為特征點(diǎn)的角點(diǎn)方向:
V?"00 wO0./Θ = ritan2(w01,?//10)； 其中，mM表示p+q階矩,I (X，y)表示角點(diǎn)圓形鄰域里像素點(diǎn)(X，y)的灰度值，(x, y)表示角點(diǎn)圓形鄰域里的像素點(diǎn)坐標(biāo)，Hltltl表示零階矩，m10和Hltll均表示一階矩； Δ L為待配準(zhǔn)遙感圖像中一特征點(diǎn)的角點(diǎn)方向，Δ 為參考遙感圖像中對(duì)應(yīng)特征點(diǎn)的角點(diǎn)方向，則角點(diǎn)方向夾角為Λ θ i =Δ O1-Δ θ/ ； 然后按如下步驟對(duì)提取的ORB特征點(diǎn)進(jìn)行初始匹配，并剔除錯(cuò)誤匹配的特征點(diǎn): a、對(duì)待配準(zhǔn)遙感圖像與參考遙感圖像提取的角點(diǎn)建立rBRIEF描述子，設(shè)待配準(zhǔn)遙感圖像的特征點(diǎn)集合為{al，a2,…，anl}，參考遙感圖像的特征點(diǎn)集合為{bl，b2,…，bn2}； b、分別將待配準(zhǔn)遙感圖像的特征點(diǎn)al的描述子與參考遙感圖像的所有特征點(diǎn)bl，b2,…，bn2的描述子進(jìn)行比較，計(jì)算al的描述子與bl，b2,…，bn2的描述子的漢明距離，從bl，b2,…，bn2中選擇出漢明距離最短的點(diǎn)，并算出最短漢明距離與次短漢明距離的比值，如果所述比值小于設(shè)定的較大閾值，則將漢明距離最短的點(diǎn)與al保留為初始配對(duì)點(diǎn)，并計(jì)算其角點(diǎn)方向夾角△ ^，否則舍棄； C、按照上述方法,依次求出待配準(zhǔn)遙感圖像的特征點(diǎn)a2,…，anl在參考遙感圖像中的初始配對(duì)點(diǎn)，并計(jì)算相應(yīng)的角點(diǎn)方向夾角Λ θ2,…，Δ θη,d、對(duì)初始配對(duì)點(diǎn)按照最短漢明距離與次短漢明距離的比值從大到小進(jìn)行排序，即特征點(diǎn)匹配質(zhì)量從好到差進(jìn)行排序，提取出最短漢明距離與次短漢明距離的比值小于設(shè)定的較小閾值的初始配對(duì)點(diǎn)； e、將步驟d提取出的初始配對(duì)點(diǎn)通過最小二乘法求出最佳角點(diǎn)方向夾角ΛΘm ； f、將步驟b和c求出的所有初始配對(duì)點(diǎn)的角點(diǎn)方向夾角，以最佳角點(diǎn)方向夾角△~為約束條件，將偏離△ ~一定范圍的初始配對(duì)點(diǎn)剔除。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種遙感影像的快速配準(zhǔn)方法，其特征在于，在步驟S3中，對(duì)所述待配準(zhǔn)遙感圖像進(jìn)行參數(shù)求解的方法為: 設(shè)參考遙感圖像的像素點(diǎn)為/Cr，_7)，待配準(zhǔn)圖像的像素點(diǎn)為^'Cr' 假設(shè)參考遙感圖像上點(diǎn)的坐標(biāo)為Cri, Λ.)，與之相對(duì)應(yīng)的待配準(zhǔn)遙感圖像上點(diǎn)的坐標(biāo)為Cy/, J"/)，則Cr,.，Λ.)和Cr/，_f/)之間的仿射變換表示為:
式中，S為尺度因子，e為旋轉(zhuǎn)角度，Λζ和分別為兩坐標(biāo)軸的平移量； 在獲取m個(gè)特征點(diǎn)以后，根據(jù)RANSAC算法求出最佳變換矩陣，即確定了配準(zhǔn)參數(shù)S、〃、Δχ, Δ_7 ; 根據(jù)配準(zhǔn)參數(shù)對(duì)待配準(zhǔn)遙感圖像進(jìn)行重采樣，即完成圖像配準(zhǔn)。
【文檔編號(hào)】G06T7/00GK104167003SQ201410434279
【公開日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月29日
【發(fā)明者】郭太良, 林志賢, 郭明勇, 林金堂, 曾祥耀, 曾世聰 申請(qǐng)人:福州大學(xué)