基于分層篩選策略的島礁遙感影像配準(zhǔn)方法【
技術(shù)領(lǐng)域：
】[0001]本發(fā)明涉及一種島礁遙感影像配準(zhǔn)方法，特別涉及一種基于分層篩選策略的島礁遙感影像仿射不變特征配準(zhǔn)方法?！?br>背景技術(shù)：
】[0002]圖像配準(zhǔn)是將不同時(shí)間、不同傳感器或不同條件下獲取的兩幅或多幅圖像進(jìn)行匹配的過程，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于遙感數(shù)據(jù)分析、計(jì)算機(jī)視覺、圖像處理等領(lǐng)域。島礁配準(zhǔn)應(yīng)用于島礁的環(huán)境監(jiān)測、資源管理和災(zāi)害預(yù)警等方面。隨著對地觀測領(lǐng)域的發(fā)展，可以獲取大量同一區(qū)域不同成像條件下的島礁遙感影像，對于這些島礁影像的配準(zhǔn)是對島礁變化檢測和分析的基礎(chǔ)。[0003]基于特征的圖像配準(zhǔn)方式得到廣泛關(guān)注。當(dāng)紋理特征充足時(shí)，圖像配準(zhǔn)相對容易；當(dāng)圖像缺乏有效的紋理特征時(shí)，圖像自動配準(zhǔn)是一個(gè)困難且具有挑戰(zhàn)的問題，多數(shù)情況下需要人工修正匹配的結(jié)果。局部不變特征，特別是仿射不變特征，可以一定程度上，克服紋理缺乏的問題，因?yàn)槠鋵D像中出現(xiàn)遮蔽、背景雜亂和內(nèi)容變化有較強(qiáng)的魯棒性。MSER(MaximallyStableExternalRegion)算子被認(rèn)為是最優(yōu)的特征提取算子(Mikolajczyk,2005)〇SIFT(ScaleInvariantFeatureTransformation)描述子在特征描述方面表現(xiàn)的最為優(yōu)秀（MikolajCZyk，2005)。結(jié)合兩者，稱之為仿射不變特征匹配，極為穩(wěn)健的應(yīng)用于圖像的自動配準(zhǔn)。在此技術(shù)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步選用RANSAC(RandomSampleConsensus)算法對特征點(diǎn)對進(jìn)行篩選，可以得到更優(yōu)的匹配效果。但是，針對島礁影像匹配，直接結(jié)合MSER算子和SIFT描述子進(jìn)行仿射匹配，進(jìn)一步進(jìn)行RANSAC篩選，往往依然難以獲得滿意的效果。這是由于島礁遙感影像匹配存在的極大技術(shù)困難造成的，大致可歸納為兩個(gè)方面：[0004]1)島礁影像缺乏紋理特征。島礁影像中存在大面積缺乏紋理特征的水域，并且水下的礁坪也沒有明顯的紋理特征，使得紋理特征主要集中在出露水面的灰沙島部分。缺乏紋理特征的影像難以提供足夠的信息用于影像配準(zhǔn)。[0005]2)島礁紋理特征不穩(wěn)定。一方面，島礁環(huán)境的動態(tài)變化會干擾島礁影像的特征匹配，如島礁的水位的變化、海浪打擊礁盤形成的浪花等。另一方面，島礁受人工開發(fā)影響，由于島礁在軍事戰(zhàn)略和旅游資源方面具有重要的價(jià)值，機(jī)場和碼頭等大型建筑的建造和頻繁的改建，使得不同時(shí)期的島礁遙感影像信息差別較大。并且，部分開發(fā)（如填海造地工程）使得島礁露出水面部分形狀與面積也發(fā)生大幅度的變化，這些因素在遙感影像上表現(xiàn)為影像的紋理特征不穩(wěn)定，導(dǎo)致生成大量錯(cuò)誤的特征點(diǎn)對，嚴(yán)重干擾影像的配準(zhǔn)?！?br/>發(fā)明內(nèi)容】[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)缺點(diǎn)，提出一種基于分層篩選策略的島礁遙感影像配準(zhǔn)方法。[0007]為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供的基于分層篩選策略的島礁遙感影像配準(zhǔn)方法，包括以下步驟：[0008]第一步、仿射不變特征匹配一一對兩幅島礁遙感影像提取仿射不變特征點(diǎn)，逐點(diǎn)生成特征向量，根據(jù)特征向量對兩幅島礁遙感影像的特征點(diǎn)進(jìn)行匹配，獲得若干特征點(diǎn)對；[0009]第二步、建立幾何變換模型一一選擇仿射變換模型作為幾何變換模型，用自然斷裂法分別從兩幅島礁遙感影像中提取島礁邊界，并根據(jù)獲得的兩個(gè)島礁邊界信息解算得到仿射變換模型的模型參數(shù)；[0010]第三步、初次篩選特征點(diǎn)對--根據(jù)所述的仿射變換模型將特征點(diǎn)對中的一個(gè)特征點(diǎn)進(jìn)行仿射變換，變換后計(jì)算與其匹配的特征點(diǎn)之間的歐氏距離，作為特征點(diǎn)對的誤差值，以誤差值從小到大選取占樣本總數(shù)8%-12%的特征點(diǎn)對，誤差閾值逐漸增大，不斷計(jì)算誤差值小于該誤差閾值的特征點(diǎn)對中歸屬于主影像的特征點(diǎn)所構(gòu)成點(diǎn)集的空間離散度，當(dāng)空間離散度達(dá)到最大時(shí)所對應(yīng)的誤差閾值作為篩選閾值，篩除誤差值大于該篩選閾值的特征點(diǎn)對；[0011]第四步、二次篩選特征點(diǎn)對一一以島礁面積重疊率作為約束條件，使用RANSAC迭代算法對特征點(diǎn)對進(jìn)行篩選；[0012]第五步、島礁遙感影像配準(zhǔn)一一經(jīng)第三步和第四步的篩選后，根據(jù)保留的特征點(diǎn)對解算單應(yīng)矩陣，用解算獲得的單應(yīng)矩陣完成島礁遙感影像的配準(zhǔn)。[0013]為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明還具有以下進(jìn)一步的特征：[0014]1、所述第一步中，生成的特征點(diǎn)對數(shù)量不低于4。。[0015]2、所述第二步中，仿射變換矩陣模型根據(jù)下式獲得：[0016][0017]以上參數(shù)可根據(jù)兩幅影像的島礁邊界信息解算，其中，α為旋轉(zhuǎn)角，HiJPm2為比例參數(shù)，X。和y。為平移參數(shù)。[0018]3、第一步中，使用MSER算子對兩幅島礁遙感影像提取仿射不變特征點(diǎn)，然后用SIFT描述子對仿射不變特征點(diǎn)進(jìn)行描述，逐點(diǎn)生成128維特征向量。[0019]4、第三步中，前η個(gè)誤差值最小特征點(diǎn)對中歸屬于主影像的特征點(diǎn)所構(gòu)成點(diǎn)集的空間離散度SDQn根據(jù)下式獲得：[0020][0021]其中，表示前η個(gè)誤差值最小特征點(diǎn)對的加權(quán)中心點(diǎn)坐標(biāo)，（Xl，yi)為第i個(gè)誤差最小特征點(diǎn)對中歸屬于主影像的特征點(diǎn)的坐標(biāo)。[0022]5、所述第四步中，以島礁面積重疊率作為約束條件，使用RANSAC迭代算法對特征點(diǎn)對進(jìn)行篩選的具體方法如下：[0023]a、以RANSAC初始閾值作為篩選參數(shù)并開始第一次RANSAC迭代，RANSAC初始閾值的取值為0.01;[0024]b、RANSAC閾值作為篩選參數(shù)，利用RANSAC算法將特征點(diǎn)對區(qū)分為局內(nèi)點(diǎn)對和局外點(diǎn)對，篩除局外點(diǎn)對，根據(jù)局內(nèi)點(diǎn)對求解單應(yīng)矩陣，并利用單應(yīng)矩陣對主影像進(jìn)行變換，計(jì)算變換后影像的島嶼與待配準(zhǔn)影像中島嶼的面積重疊率；[0025]c、逐步增大RANSAC閾值，并重復(fù)步驟b，當(dāng)島礁面積重疊率明顯下降時(shí)，停止RANSAC迭代；[0026]d、島礁面積重疊率明顯下降之前的一個(gè)RANSAC閾值為最佳RANSAC閾值，篩除依據(jù)該最佳RANSAC閾值分隔出的局外點(diǎn)對。[0027]6、所述第四步中，第二次迭代及之后的RANSAC閾值根據(jù)下式獲得：[0028][0029]其中，TReumnt為當(dāng)前迭代的RANSAC閾值，TR^vlcius為上次迭代的RANSAC閾值。[0030]7、所述第四步中，島礁面積重疊率Ratio根據(jù)下式獲得：[0031][0032]其中，Rlla為參照島礁面域面積，為變換島礁面域面積。[0033]本發(fā)明的有益效果如下：[0034]1)、本發(fā)明針對島礁遙感影像紋理特征稀少和紋理特征不穩(wěn)定的特點(diǎn)，在仿射不變特征匹配的基礎(chǔ)上，提出了從"空間分布控制"到"島礁重疊度控制"的兩次篩選策略，從而去除所有錯(cuò)誤特征點(diǎn)對，完成島礁遙感影像的配準(zhǔn)。[0035]2)、本發(fā)明的提出了通過建立幾何變換模型篩選特征點(diǎn)對的粗篩選方法，并結(jié)合特征點(diǎn)對數(shù)目和空間離散度確定篩選閾值，從整體上對特征點(diǎn)對的空間一致性做了校驗(yàn)，去除了空間分布不一致的錯(cuò)誤特征點(diǎn)對，提高了后續(xù)匹配的正確性。[0036]3)、本發(fā)明針對RANSAC篩選閾值的選擇問題，提出了根據(jù)島礁面域重疊率控制自動選擇最優(yōu)篩選閾值方法，確保篩選結(jié)果的可靠性，保證最終島礁遙感影像的精度。[0037]4)、本發(fā)明方法適應(yīng)性強(qiáng)，經(jīng)實(shí)踐證明，使用本發(fā)明方法可以精確的配準(zhǔn)島礁遙感影像，能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要，相比傳統(tǒng)的遙感影像配準(zhǔn)方法具有更強(qiáng)實(shí)用性?！靖綀D說明】[00當(dāng)前第1頁1 2 3