一種窄重疊雙視場高光譜成像儀的圖像配準(zhǔn)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種窄重疊雙視場高光譜成像儀左右視場圖像配準(zhǔn)的方法，屬于高光 譜圖像處理技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 推帚式高光譜成像儀是航拍中最常用的成像儀之一，而多個(gè)視場又可以擴(kuò)展其總 視場角從而拍到更寬的圖像，因此多視場的推帚式高光譜成像儀所成圖像的配準(zhǔn)拼接成為 重要的技術(shù)問題。
[0003] 窄重疊雙視場推帚式高光譜成像儀是由中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所研制開 發(fā)的一款遙感高光譜成像儀，窄重疊雙視場推帚式高光譜成像儀的圖像配準(zhǔn)拼接是指左右 視場的圖像配準(zhǔn)拼接。而圖像配準(zhǔn)是圖像拼接中最為重要的步驟。圖像配準(zhǔn)是指針對多 幅圖像重疊區(qū)域存在幾何畸變或空間點(diǎn)坐標(biāo)不一致而進(jìn)行的匹配處理過程。余先川，呂中 華，胡丹的"遙感圖像配準(zhǔn)技術(shù)綜述"【見《光學(xué)精密工程》2013年11月-第21卷第11期 P2960-2972】一文中給出了基于區(qū)域、基于特征、基于混合模型和基于物理模型的遙感圖像 配準(zhǔn)方法。但是由于窄重疊雙視場推帚式高光譜成像儀所成圖像具有左右視場重疊區(qū)域 小、高光譜和左右視場圖像存在一定的對應(yīng)關(guān)系的特點(diǎn)，基于互信息的圖像配準(zhǔn)方法存在 誤匹配的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足，本發(fā)明提供了一種窄重疊雙視場高光譜成像儀 左右視場圖像配準(zhǔn)的方法。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0006] -種窄重疊雙視場高光譜成像儀左右視場圖像配準(zhǔn)的方法，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像 數(shù)據(jù)讀入、分析及計(jì)算處理，該方法步驟如下：
[0007] 1)讀取所需參數(shù)：從圖像的頭文件中分別讀取左、右視場兩幅圖像左上角的地面 坐標(biāo)（X1, Y1)和（X2, Y2)、像元數(shù) Samples_L 和 Samples_R、行數(shù) Lines_L 和 Lines_R 及地面 分辨率r ;
[0008] 2)計(jì)算兩幅圖像左上角點(diǎn)在X方向和Y方向上相差的像元數(shù)（SXd，SY d):
[0010] 3)設(shè)置兩幅圖像的配準(zhǔn)范圍：設(shè)X方向的循環(huán)范圍為（minoffset_x, maxoffset_ x)，XX為X方向的循環(huán)范圍的循環(huán)變量，Y方向的循環(huán)范圍為（minoffset_y, maxoffset_y)， YY為Y方向的循環(huán)范圍的循環(huán)變量；
[0011] 4)計(jì)算兩幅圖像最佳匹配位置：
[0012] a)選取待計(jì)算圖像數(shù)據(jù)：在左、右視場兩幅圖像中選取對應(yīng)的N個(gè)波段，該N個(gè)波 段應(yīng)為有效且圖像清晰的波段，將這N個(gè)波段的圖像數(shù)據(jù)讀入內(nèi)存；
[0013] b)設(shè)波段數(shù)的循環(huán)變量bandx的初始值為1 ;
[0014] c)讀取N個(gè)波段數(shù)據(jù)中第bandx波段數(shù)據(jù)；
[0015] d)設(shè) XX 的初始值為 minoffset_x ;
[0016] e)設(shè) YY 的初始值為 minoffset_y ;
[0017] f)設(shè)左右視場兩幅圖像中的重合像元數(shù)count的初始值為0,左右視場兩幅圖 像中的像元的最小最大值分別為L_min = 0、L_max = 99999999和R_min = 0、R_max = 99999999 ;g)獲取計(jì)算互信息的圖像范圍：若SXd< 0則得到X方向范圍取值的最小值 (即計(jì)算互信息圖像范圍的X方向范圍的最小值）x_min = -SXd+l+XX，最大值為x_max =Samples_L，否則X方向范圍取值的最小值x_min = 1，最大值為x_max = Samples_ R-SXd+XX ;若SYd> 0則得到Y(jié)方向范圍的最小值（即計(jì)算互信息圖像范圍的Y方向范圍 的最小值）y_min = SYd+l+YY，最大值為y_max = Lines_L，否則Y方向范圍的最小值y_min =1，最大值為 y_max = Lines_R+SYd+YY ;
[0018] h)設(shè)Y方向范圍的循環(huán)變量Iinex的初始值為y_min ;
[0019] i)設(shè)X方向范圍的循環(huán)變量samplex的初始值為x_min ;
[0020] j)若左視場圖像第Iinex行第samplex個(gè)像元的值不為0且右視場圖像的第 Iinex-SYd-YY行第samplex+SXd-XX個(gè)像元的值不為0,則轉(zhuǎn)入k)，否則則轉(zhuǎn)入1);
[0021] k)重合像元數(shù)count加1，若左視場圖像第Iinex行第samplex個(gè)像元的值大于 左視場像元最大值L_max，則此像元值賦給L_max，若左視場圖像第Iinex行第samplex個(gè) 像元的值小于左視場像元最小值，則此像元值賦給L_min，若右視場圖像的第Iinex-SYd-YY 行第samplex+SXd-XX個(gè)像元的值大于右視場像元最大值，則此像元值賦給R_max，若右視場 圖像的第Iinex-SYd-YY行第samplex+SXd-XX個(gè)像元的值小于右視場像元最小值，則此像元 值賦給R_min ;1) samplex加1，若samplex大于x_max則轉(zhuǎn)入m)，否則則轉(zhuǎn)入j);
[0022] m) Iinex加1，若Iinex大于y_max則轉(zhuǎn)入η)，否則則轉(zhuǎn)入j);
[0023] η)判斷是否符合計(jì)算互信息的條件：若重合像元數(shù)count小于Lines_L*Lines_ R*CHSampls的90%，其中CHSamples是已知參數(shù)由窄重疊雙視場高光譜成像儀硬件所決定 的左右視場一行像元的重合像元數(shù)，則轉(zhuǎn)入（r);否則則轉(zhuǎn)入〇);
[0024] 〇)設(shè)左視場重合像元直方圖級(jí)數(shù)為Llevel，右視場重合像元直方圖級(jí)數(shù)為 Rlevel ;計(jì)算得到左視場重合像元直方圖步長為Lstep = (L_max - L_min)/(Llevel-I)， 右視場重合像元直方圖步長為Rstep = (R_max - R_min)/(Rlevel-I)，則可以把左視場重 合像元的像元值從小到大分為Llevel個(gè)區(qū)間，把右視場重合像元的像元值從小到大分為 Rlevel個(gè)區(qū)間；
[0025] p)計(jì)算重合像元落在左視場像元值的Llevel個(gè)區(qū)間中每一個(gè)區(qū)間的 像元數(shù)，并將每個(gè)區(qū)間的像元數(shù)除以count，即得到像元落在不同區(qū)間的概率，記 為Pl，（1彡i SLlevel)，同理計(jì)算重合像元落在右視場不同區(qū)間的概率，記為 p_j, (I < j < Rlevel);計(jì)算重合像元值落在左視場像元值第i個(gè)區(qū)間同時(shí)落在右視場第j 個(gè)區(qū)間的像元數(shù)，并處以count，記為Pu, (1彡i彡Llevel, 1彡j彡Rlevel) ;q)根據(jù)以下公 式計(jì)算互信息 MIXX,YY，（minoffset_x < XX < maxoffset_x，minofTset_y < YY < maxoffset_ CN 105184736 A 說明書 3/5 頁 y)：
[0027] r)YY加1，若YY大于maxoffset_y則轉(zhuǎn)入s)，否則則轉(zhuǎn)入f);
[0028] s)XX加1，若XX大于minoffset_x則轉(zhuǎn)入t)，否則則轉(zhuǎn)入f);
[0029] t)在記錄下的所有互信息 MIXX,YY，（minoffset_x < XX < maxoffset_x，minoffset_ y彡YY彡maX〇ffSet_y)中，找到最大的互信息，記錄下最大互信息的下標(biāo)XX和YY的值即 為匹配位置，用（X_mibandx，Y_mibandx)表示，其中（ISbandxSN) ;u)bandx 加 1，若 bandx 大 于N則轉(zhuǎn)入V)，否則則轉(zhuǎn)入c);
[0030] V)取所有記錄下的匹配位置的平均值，即為所求的最佳匹配位置，我們記為X_ last 和 Y_last ;
[0031 ] 5)計(jì)算左右視場對應(yīng)像兀關(guān)系：
[0032] ①設(shè)X方向偏移像元數(shù)為offset_x，則offset_x = SXd_X_last，設(shè)Y方向偏移像 元數(shù)為 offset_y，貝丨J offset_y = SYd+Y_last ;
[0033] ②設(shè)左視場和右視場的第m列、第η行點(diǎn)的坐標(biāo)分別為r〇和（mR，nR)，則得到
[0034] 左右視場像兀對應(yīng)關(guān)系為：
[0036] 上述得到的左右視場對應(yīng)關(guān)系即為本發(fā)明方法所求的配準(zhǔn)關(guān)系。
[0037] 本發(fā)明的有益效果是利用了幾何校正后圖像的地面坐標(biāo)和窄重疊雙視場高光譜 成像儀所成圖像的特點(diǎn)，結(jié)合了經(jīng)過改進(jìn)的互信息配準(zhǔn)方法，解決了幾何校正后地面坐標(biāo) 不精確帶來的直接拼接誤差問題和僅基于互信息配準(zhǔn)時(shí)誤匹配的問題，有效的對左右視場 圖像進(jìn)行拼接并取得良好的圖像拼接效果。
【具體實(shí)施方式】
[0038] 下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不限于此。
[0039] 實(shí)施例：
[0040] 本發(fā)明實(shí)施例如下所示，一種窄重疊雙視場高光譜成像儀左右視場圖像配準(zhǔn)的方 法，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)讀入、分析及計(jì)算處理，該方法步驟如下：
[0041] 1)讀取所需參數(shù)：從圖像的頭文件中分別讀取左、右視場兩幅圖像左上角的地面 坐標(biāo)（X1, Y1)和（X2, Y2)、像元數(shù) Samples_L 和 Samples_R、行數(shù) Lines_L 和 Lines_R 及地面 分辨率r ;
[0042] 2)計(jì)算兩幅圖像左上角點(diǎn)在X方向和Y方向上相差的像元數(shù)（SXd，SY d):
[0044] 3)設(shè)置兩幅圖像的配準(zhǔn)范圍：設(shè)X方向的循環(huán)范圍為（minoffset_x, maxoffset_ x)，XX為X方向的循環(huán)范圍的循環(huán)變量，Y方向的循環(huán)范圍為（minoffset_y, maxoffset_y)，
[0045] YY為Y方向的循環(huán)范圍的循環(huán)變量；
[0046] 4)計(jì)算兩幅圖像最佳匹配位置：
[0047] a)選取待計(jì)算圖像數(shù)據(jù)：在左、右視場兩幅圖像中選取對應(yīng)的N個(gè)波段，該N個(gè)波 段應(yīng)為有效且圖像清晰的波段，將這N個(gè)波段的圖像數(shù)據(jù)讀入內(nèi)存；
[0048] b)設(shè)波段數(shù)的循環(huán)變量bandx的初始值為1 ;
[0049] c)讀取N個(gè)波段數(shù)據(jù)中第bandx波段數(shù)據(jù)；
[0050] d)設(shè) XX 的初始值為 minoffset_x ;
[0051] e)設(shè) YY 的初始值為 minoffset_y ;
[0052] f)設(shè)左右視場兩幅圖像中的重合像元數(shù)count的初始值為0,左右視場兩幅圖 像中的像元的最小最大值分別為L_min = 0、L_max = 99999999和R_min = 0、R_max = 99999999 ;g)獲取計(jì)算互信息的圖像范圍：若SXd< 0則得到X方向范圍取值的最小值 (即計(jì)算互信息圖像范圍的X方向范圍的最小值）x_min = -SXd+l+XX，最大值為x_max =Samples_L，否則X方向范圍取值的最小值x_min = 1，最大值為x_max = Samples_ R-SXd+XX ;若SYd> 0則得到Y(jié)方向范圍的最小值（即計(jì)算互信息圖像范圍的Y方向范圍 的最小值）y_min = SYd+l+YY，最大值為y_max = Lines_L，否則Y方向范圍的最小值y_min =1，最大值為 y_max = Lines_R+SYd+YY ;
[0053] h)設(shè)