航空图像序列的自动配准方法研讨.pdfVIP

光电信息技术与光电产业 6刃 航空图像序列的自动配准方法研究 马超杰 杨 华 凌永顺 电子工程学院，安徽省合肥市，230037 摘 要 本文介绍了结合图像欠采样算法和Fourier-Mellin变换的图像粗配准算法，阐 述了应用Fourier—Mellin变换所得的粗配准参数对图像进行精确配准，应用灰度相关匹配和 角点检测算法对初始参数修正。应用本文介绍的方法对计算机模拟的航空遥感图像序列进行 试验分析，验证了本文方法的有效性。 关键词 图像自动配准Fourier—Mellin变换角点检测 引言 航空监视与侦察是军事侦察的一个重要渠道。由于传感器性能指标的限制，其得到的往往是局部 场景的图像序列。为了达到对全局的综合分析，需要利用图像配准技术得到全景的大视野图像以进行 深入分析。图像配准是通过寻求同一场景图像序列间的视觉相关性，利用数学变换模型求取图像序列 间变换参数的技术。利用计算机技术和机器视觉技术进行自动图像配准、减少人工干预，是图像序列配 准的发展方向。 对于航空图像序列之间的映射变换模型通常有：仿射变换、透视变换、投影变换和多项式变换等。 考虑到成像过程中，图像序列是以较短的时间间隔拍摄的，摄像头的下落是一个平缓而连续的过程，几 何畸变是有限度的。因此序列图像间的变换也比较小，可以应用仿射变换模型进行图像序列间的配准。 进行粗配准，得到图像间的重叠区域和变换参数的初始估计值，继而对两幅图像进行角点检测进行精配 准，得到图像序列的精确变换参数。 本文的结构为：第一部分介绍了基于Fourier—Mellin变换的图像配准算法，结合试验验证了图像欠 点检测的方法，并结合前一步得到的粗配准参数和“角点附近子区域的灰度相关匹配”和“角点间距离一 致性准则”找到两幅图像的精确配准角点对的集合，对图像的仿射变换方程应用最tb--乘法求出两幅图 像的精确仿射变换参数；第三部分介绍了应用本文介绍的方法对计算机模拟的航空遥感图像序列进行 试验分析，验证了本文方法的有效性；最后是全文的结论。 一、基于Fourier-Mellin变换的图像配准算法 射变换(平移、旋转和比例缩放)的两幅图像的一种有效的配准方法。其基于傅里叶变换，将图像从空域 转换到频域，可以利用图像特征的整体结构信息，得到一个比较可信的粗匹配结果。此外，Chen和 Reddy等人研究发现此方法除具有较高的精度外，对诸如一致性的照明变化、两幅图像内容的部分不相 672 第五届博士生学术年会论文集 同、部分遮挡、系统校正误差、加性噪声等的影响具有很强的鲁棒性，相比其他方法，降低了对拍摄者和 拍摄条件的要求，简化了理论模型，具有比较强的实用性。 (一)二维Fourier变换的性质 里叶变换。前后两帧图像的仿射变换参数T[如，f，(口，b)3的含义分别为：旋转方向岛表示成像平面沿 光轴的旋转方向，取逆时针为正方向，单位为度；缩放比例C含义为，因镜头位置或成像系统焦距变化引 起的场景中同一目标在两幅图像中占据的对应像素数目的比值；平移(口，6)表示系统光轴在前后两帧 的漂移，用图像中左上方顶点位置偏移的像素数目表示，分别取垂直向下、水平向右为像素偏移的正向。 应用图像的二维傅里叶变换具有的平移、旋转和缩放性质可以进行仿射变换参数的求解。 1．平移性质 图像，。(z，y)在z和Y方向分别平移口和b后得到图像厂。(z，y)，即 ，2(z，y)一，1(z—a，y--6) (1) 它们的相位之间有如下关系： F2(M，口)；F1(，u)e-』‘m+曲’ (2) 将∥记为F2(“，口)的共轭功率谱，从而两幅图像的互功率谱为 。 …(3) 要粤掣矬一一cm…