[發(fā)明專(zhuān)利]一種衛(wèi)星遙感圖像配準(zhǔn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110192046.8
• 申請(qǐng)日: 2021-02-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112950680B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 叢二勇;朱莉
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 哈爾濱學(xué)院
• 主分類(lèi)號(hào): G06T7/30
• 分類(lèi)號(hào): G06T7/30;G06T7/13;G06T7/187;G06T7/66;G06T7/62;G06T5/00
• 代理公司: 長(zhǎng)春眾邦菁華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 22214
• 代理人: 于曉慶

1.一種衛(wèi)星遙感圖像配準(zhǔn)方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、拍攝當(dāng)前幀衛(wèi)星遙感圖像，進(jìn)行圖像二值化處理，獲得第一幅圖像；

步驟二、對(duì)第一幅圖像采用canny算子提取邊緣，獲得第二幅圖像；

(1)濾波：采用高斯濾波函數(shù)對(duì)原始第一幅圖像進(jìn)行濾波及降噪處理，二維高斯函數(shù)為：

式(1)中，G(x,y,σ)為二維高斯函數(shù)，π和e均為常數(shù)，σ為高斯函數(shù)的分布參數(shù)，(x,y)為圖像坐標(biāo)點(diǎn)，對(duì)圖像進(jìn)行平滑處理后得到的平滑圖像為：

g(x,y)＝G(x,y,σ)*f(x,y) (2)

式(2)中，f(x,y)為原始第一幅圖像；

(2)計(jì)算梯度幅值和梯度方向

對(duì)平滑圖像的像素點(diǎn)在水平方向和豎直方向進(jìn)行求解偏導(dǎo)數(shù)：

式中，G_x為平滑圖像的像素點(diǎn)在水平方向的偏導(dǎo)數(shù)，G_y為平滑圖像的像素點(diǎn)在豎直方向的偏導(dǎo)數(shù)；

利用一階有限差分來(lái)計(jì)算梯度幅值和梯度方向：

式中，M(x,y)為梯度幅值，θ(x,y)為梯度方向；

(3)對(duì)梯度幅值進(jìn)行非極大值抑制；

(4)采用雙閾值算法檢測(cè)邊緣和連接邊緣：選取高閾值Th和低閾值Tl，然后開(kāi)始掃描圖像f(x,y)對(duì)候選邊緣圖像中標(biāo)記的候選邊緣點(diǎn)的每一個(gè)像素點(diǎn)(i,j)進(jìn)行，若像素點(diǎn)(i,j)的梯度幅值M(x,y)大于Th，則認(rèn)為該點(diǎn)為邊緣點(diǎn)，若像素點(diǎn)(i,j)的梯度幅值M(x,y)小于Tl，則認(rèn)為該點(diǎn)不是邊緣點(diǎn)；當(dāng)梯度幅值M(x,y)處于Th與Tl之間時(shí)，則需要根據(jù)邊緣連通性進(jìn)行判斷：若該點(diǎn)的相鄰像素點(diǎn)中有邊緣點(diǎn)，則認(rèn)為該點(diǎn)為邊緣點(diǎn)進(jìn)行連接，否則該點(diǎn)為非邊緣點(diǎn)；

步驟三、對(duì)第二幅圖像的每個(gè)閉合連通區(qū)域分別提取質(zhì)心；

步驟四、分別以第二幅圖像的每個(gè)閉合連通區(qū)域的質(zhì)心為中心，提取出對(duì)應(yīng)的閉合連通區(qū)域，比較所提取的閉合連通區(qū)域的面積大小，選擇面積最大的閉合連通區(qū)域作為第三幅圖像，選擇面積最小的閉合連通區(qū)域作為第四幅圖像；

步驟五、在第三幅圖像中，以其質(zhì)心為圓心作最大直徑R1的外接圓，在外接圓內(nèi)部作最大面積正方形；在第四幅圖像中，以其質(zhì)心為圓心作最大直徑R2的外接圓，在外接圓內(nèi)部作最大面積正方形；

步驟六、對(duì)第三幅圖像和第四幅圖像分別進(jìn)行Hough變換，分別記錄第三幅圖像的旋轉(zhuǎn)角度θ1和第四幅圖像的旋轉(zhuǎn)角度θ2；

步驟七、以第三幅圖像的質(zhì)心為基點(diǎn)將第三幅圖像的質(zhì)心位置映射到第二幅圖像中，以第四幅圖像的質(zhì)心為基點(diǎn)將第四幅圖像的質(zhì)心位置映射到第二幅圖像中；

步驟八、再對(duì)第二幅圖像每個(gè)閉合連通區(qū)域分別提取質(zhì)心，分別以每個(gè)質(zhì)心為中心，排列組合所有正方形，將所有正方形按照面積大小進(jìn)行排列，記錄每個(gè)正方形中心位置、每個(gè)正方形邊長(zhǎng)大小、每個(gè)正方形所對(duì)應(yīng)的外接圓面積大小、每個(gè)正方形所對(duì)應(yīng)的閉合連通區(qū)域位置，最終記錄該正方形中心在第二幅圖像中的位置，收集上述數(shù)據(jù)得到當(dāng)前幀衛(wèi)星遙感圖像數(shù)據(jù)庫(kù)；

步驟九、根據(jù)拍攝的當(dāng)前幀衛(wèi)星遙感圖像，給出對(duì)應(yīng)的當(dāng)前幀衛(wèi)星遙感標(biāo)準(zhǔn)圖像；對(duì)當(dāng)前幀衛(wèi)星遙感標(biāo)準(zhǔn)圖像重復(fù)步驟二至步驟八，獲得當(dāng)前幀衛(wèi)星遙感標(biāo)準(zhǔn)圖像數(shù)據(jù)庫(kù)；

步驟十、設(shè)定正方形最大邊長(zhǎng)L1、正方形所對(duì)應(yīng)的外接圓最大面積S1，在當(dāng)前幀衛(wèi)星遙感標(biāo)準(zhǔn)圖像數(shù)據(jù)庫(kù)中按照已經(jīng)排列好的所有正方形搜索同時(shí)滿(mǎn)足正方形最大邊長(zhǎng)L1、正方形所對(duì)應(yīng)的外接圓最大面積S1的正方形，當(dāng)搜索到該正方形時(shí)，則將這兩個(gè)正方形以四個(gè)頂點(diǎn)為基點(diǎn)進(jìn)行匹配，計(jì)算出所對(duì)應(yīng)的兩幅圖像的旋轉(zhuǎn)角度θ3；當(dāng)|θ1-θ3|＞θ4時(shí)停止搜索，其中θ4為旋轉(zhuǎn)角度最大值，搜索成功，否則搜索失敗；

步驟十一、設(shè)定正方形最小邊長(zhǎng)L2、正方形所對(duì)應(yīng)的外接圓最小面積S2，在當(dāng)前幀衛(wèi)星遙感標(biāo)準(zhǔn)圖像數(shù)據(jù)庫(kù)中按照已經(jīng)排列好的所有正方形搜索同時(shí)滿(mǎn)足正方形最小邊長(zhǎng)L2、正方形所對(duì)應(yīng)的外接圓最小面積S2的正方形，當(dāng)搜索到該正方形時(shí)，則將這兩個(gè)正方形以四個(gè)頂點(diǎn)為基點(diǎn)進(jìn)行匹配，計(jì)算出所對(duì)應(yīng)的兩幅圖像的旋轉(zhuǎn)角度θ6；當(dāng)|θ2-θ6|＜θ5時(shí)停止搜索，其中θ5為旋轉(zhuǎn)角度最小值，搜索成功，否則搜索失敗；

步驟十二、當(dāng)搜索成功時(shí)，將當(dāng)前幀衛(wèi)星遙感圖像與當(dāng)前幀衛(wèi)星遙感標(biāo)準(zhǔn)圖像按照旋轉(zhuǎn)角度θ3和旋轉(zhuǎn)角度θ6對(duì)齊；當(dāng)搜索失敗時(shí)，將當(dāng)前幀衛(wèi)星遙感圖像與當(dāng)前幀衛(wèi)星遙感標(biāo)準(zhǔn)圖像按照旋轉(zhuǎn)角度θ1和旋轉(zhuǎn)角度θ2對(duì)齊；

步驟十三、利用歸一化互相關(guān)方法計(jì)算對(duì)齊后的當(dāng)前幀衛(wèi)星遙感圖像與當(dāng)前幀衛(wèi)星遙感標(biāo)準(zhǔn)圖像的平移量，同時(shí)將這兩幅圖像完全對(duì)齊。