[發明專利]基于不完備姿軌信息的高精度異時圖像拼接及校正方法

有效

• 申請號: 201810584889.0
• 申請日: 2018-06-08
• 公開（公告）號: CN108986025B
• 公開（公告）日: 2023-02-10
• 發明（設計）人: 梅少輝;田晉;張易凡;孫俊;彭楊;陳文
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06T3/40
• 分類號: G06T3/40;G06T5/50;G06V10/46
• 代理公司: 廈門致群財富專利代理事務所(普通合伙) 35224
• 代理人: 劉兆慶;張謙

本發明公開了一種基于不完備姿軌信息的高精度異時圖像拼接及校正方法，其包括以下步驟：S1、根據陀螺儀角速度和衛星在待拼接的兩幅條帶圖像下的姿態信息解算其相應時刻的方向余弦矩陣；S2、根據步驟S1中得到的兩個時刻對應的方向余弦矩陣，得到兩幅圖像相對于導航系的對應關系，也即確定原始線陣掃描圖像與當前圖像的大概位置對應關系；S3、利用SIFT特征點匹配進行圖像校正，確定兩幅條帶圖像的詳細位置對應關系，并完成圖像拼接。本發明提供的方法解決了傳統圖像拼接方法對于大范圍遙感圖像拼接的缺陷，提高了遙感線陣掃描圖像的拼接精度和效率。

技術領域

本發明屬于遙感圖像處理技術領域，特別涉及一種不完備姿軌信息的高精度異時圖像拼接及校正技術。

背景技術

隨著科學技術的進步和數字成像技術的迅速發展，數字成像設備也得到廣泛的應用。然而，數字成像設備由于自身的物理限制，在一些特殊的應用場景中，其不能滿足人們的需求，例如，在需要獲取到大視場的圖像時，因成像設備自身的視場寬度較窄，無法獲取到全景圖像。因此圖像拼接技術的發展也日趨成熟起來，圖像拼接技術是指將一系列有重疊的圖像(可能是不同時間、不同視角或者不同傳感器獲得的圖像)拼成一副大型的無縫高分辨率圖像的技術，拼接后的圖像具有比單個圖像更高的分辨率和更大的視野。圖像拼接技術在計算機視覺、虛擬現實、醫學研究、軍事偵察、衛星遙感、空間探測等領域具有廣泛的應用。

對于航天器線陣推掃成像來說，其實時輸出是垂直于航線方向的影像線。然而僅僅依靠一幅條帶狀的影像線提供的灰度信息顯然是不足的。因此必須對多幅在不同時間不同空間位置拍攝的條帶圖像實現拼接。航天器在攝影瞬間的位置和姿態由六個因素確定，任何一個因素的變化都會造成TDICCD(即時間延遲積分CCD)條帶圖像間像素空間關系的變化。該變化有可能是規律的，也有可能是不規律的。對于已知的有規律的變化，其圖像間的空間變換模型是穩定的，可以很容易實現TDICCD圖像間的拼接。而對于不規律的變化，或者未知的變化其圖像空間變化模型是未知的，甚至是不穩定的、隨機的，這必然會對圖像拼接造成很大的困難。因此不完備姿軌信息的高精度異時圖像拼接及校正是衛星遙感圖像獲取中的一個關鍵技術。

目前，基于特征點匹配的圖像拼接是一種主要針對仿射變換模型和透視變換模型的圖像拼接技術，這種方法不易受圖像平移、旋轉、尺度縮放、光照及視角變化等因素的影響，具有配準精度高、拼接效果好等優點。但是，對于規模比較大且覆蓋范圍廣的航天器拍攝的條帶圖像拼接來說，特征點的選取可能會耗費比較大的時間和計算量，嚴重影響圖像拼接的效率?；谛l星姿態信息和軌道參數的圖像粗拼接技術，在不完備姿軌信息的情況下其匹配誤差較大，因此無法單獨使用完成圖像拼接。

針對傳統方法在效率、精度上存在的局限性，本發明將開發一種高效高精度的基于不完備姿軌信息的高精度異時圖像拼接及校正方法。

發明內容

本發明的目的在于結合衛星姿態信息和軌道參數的粗拼接技術和SIFT特征點匹配的校正技術，以解決傳統圖像拼接方法對于大范圍遙感圖像拼接的缺陷，提高遙感線陣掃描圖像的拼接精度和效率。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

基于不完備姿軌信息的高精度異時圖像拼接及校正方法，其包括以下步驟：

S1、根據陀螺儀角速度和衛星在待拼接的兩幅條帶圖像下的姿態信息解算其相應時刻的方向余弦矩陣；

S2、根據步驟S1中得到的兩個時刻對應的方向余弦矩陣，得到兩幅圖像相對于導航系的對應關系，也即確定原始線陣掃描圖像與當前圖像的大概位置對應關系；

S3、利用SIFT特征點匹配進行圖像校正，確定兩幅條帶圖像的詳細位置對應關系，并完成圖像拼接。

所述步驟S1具體包括以下步驟：

S11、計算載體系相對于慣性系的角速度在導航系中的投影；