基于有理函数曲面拟合的干涉合成孔径声纳复图像配准方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于有理函数曲面拟合的干涉合成孔径声纳复图像配准方法，该方法包括：根据相关系数最大原则选取控制点，得到控制点的偏移量和坐标；利用有理函数曲面拟合方法拟合出各个点的偏移量；根据各点的偏移量对辅图像插值重采样得到配准后的辅图像。本发明方法对近距离特别是平坦地形有较高的配准精度，且算法简单、高效。
【专利说明】
基于有理函数曲面拟合的干涉合成孔径声纳复图像配准方法
技术领域
[0001] 本发明涉及合成孔径声纳复图像配准，具体地指一种基于有理函数曲面拟合的干 涉合成孔径声纳复图像配准方法，属于干涉合成孔径声纳信号处理领域。
【背景技术】
[0002] 由于干涉合成孔径声纳用于成像的两条基阵在空间位置上存在差异，导致成像后 的主图像和辅图像中同一位置的像素并不对应地面上的同一回波点，所以需要对复图像进 行配准。复图像配准是干涉合成孔径声纳信号处理中极其关键的步骤，高精度的复图像配 准是获取高质量的干涉相位图的保证，直接关系到所生成的最终数字高程模型精度。复图 像配准的流程主要包括选取控制点、曲面拟合、辅图像插值重采样、干涉处理。
[0003] 目前，干涉合成孔径声纳复图像配准中的曲面拟合过程主要采用多项式曲面拟合 的方法，该方法存在以下不足：
[0004] (1)在近距离上，两条基阵到目标的路程差随着距离的增加迅速下降，是一个快变 过程，而二次多项式体现不出快变的这一特征，这会导致在近距离上的配准的精度降低；
[0005] (2)对于平坦地形，随着距离增加，路程差逐渐减小，若用二次多项式，在远距离， 二次多项式不再逐渐减小，若用三次多项式，计算复杂度又增加，导致效率降低。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于克服上述现有技术的不足而提供一种基于有理函数曲面拟合 的干涉合成孔径声纳复图像配准方法。
[0007] 为实现本发明目的采用的技术方案是一种基于有理函数曲面拟合的干涉合成孔 径声纳复图像配准方法，该方法包括：
[0008] 根据相关系数最大原则选取控制点，得到控制点的偏移量和坐标；
[0009] 利用有理函数曲面拟合方法拟合出各个点的偏移量；
[0010] 根据各点的偏移量对辅图像插值重采样得到配准后的辅图像。
[0011] 在上述技术方案中，所述选取控制点包括：
[0012] 首先对整个图像在距离向和方位向上分块，每块根据相关系数最大原则选取一个 控制点，这样控制点符合均匀分布；
[0013] 然后经过粗配准和精配准两个过程，粗选取是按照整数个像素点滑动窗口，获得 的偏移量是整数;精选取是在粗选取的基础上，对控制点周围的一个像素进行插值，以1/10 像素滑动窗口，得到每个控制点的坐标和子像素级的偏移量。
[0014] 在上述技术方案中，所述相关系统通过以下方式得到：
[0015] 将整体图像在距离向上等分为N±夬，在方位向上等分为Μ块，共N · M±夬，对于每一个 子图像块，按照一定的窗口大小计算每个点的相关系
，其中u是主图 像，V是辅图像A表示V的共辄。
[0016]在上述技术方案中，根据以下曲面拟合模型进行有理函数曲面拟合：
[0018] 式中，ΔΓ为两个阵元丹，内与目标〇的路程差;^为斜距，g卩丹到〇点的距离。
[0019] 根据得到的每个控制点的坐标和偏移量，通过最小二乘法求解上式中的系数a，b， 得到系数以后，计算整个图像中每个点的偏移量。
[0020] 在上述技术方案中，在对辅图像插值重采样过程中，利用sine函数进行插值以获 取更高精度的插值后的辅图像。
[0021] 本发明的优点在于:配准过程中，采用有理函数曲面拟合方法可以减小拟合误差， 从而使得对近距离特别是平坦地形有较高的配准精度，且算法简单、高效。
【附图说明】
[0022] 图1为本发明基于有理函数曲面拟合的干涉合成孔径声纳复图像配准方法流程 图。
[0023] 图2为干涉合成孔径声纳成像几何示意图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0025] 本发明提出的基于有理函数曲面拟合的干涉合成孔径声纳复图像配准方法包含 的步骤如附图1所示。【具体实施方式】如下：
[0026] (1)将整体图像在距离向上等分为N块，在方位向上等分为Μ块，共N · Μ块。对于每 一个子图像块，按照一定的窗口大小计算每个点的相关系数
；，其中u是 主图像，ν是辅图像，F表示ν的共辄。
[0027] (2)选取子图像块的相关系数最大的点作为控制点，并记录下其坐标位置和偏移 量。这里选取控制点分为粗选取和精选取两步进行，粗选取是按照整数个像素点滑动窗口， 获得的偏移量是整数;精选取是在粗选取的基础上，对控制点周围的一个像素进行插值，以 1/10像素滑动窗口，得到子像素级的偏移量。
[0028] (3)根据附图2所示的干涉合成孔径声纳成像几何关系图，计算出两个阵元丹，内与 目标〇的路程差A r与斜距η(阵元丹到0点的距离)的关系为
[0030]其中B为基线长度，Η是平台高度，α是下视角。由于（1)式中等号右边的第一项相对 于第二项是个小量，其影响不显著，可以忽略。因此提出下面的曲面拟合模型：
[0032]由此可见，路程差Ar是斜距^的有理函数函数。因此在曲面拟合的时候，选择有 理函数曲面拟合。利用步骤(2)中求得的每个控制点的坐标和偏移量，通过最小二乘法求解 (2)式中的系数a，b。得到系数以后，计算整个图像中每个点的偏移量。
[0033] (4)由于偏移量不是整数个像素，所以要对辅图像进行插值以获取子像素级偏移 量处的值，这里选用sine插值。对每个点进行sine插值重采样后就得到了配准后的辅图像， 完成整个复图像配准。
[0034]通过上述方法实现复图像配准后，将主图像和插值后的辅图像进行干涉处理，即 共辄相乘，然后求相位主值，就得到干涉相位图。
【主权项】
1. 一种基于有理函数曲面拟合的干涉合成孔径声纳复图像配准方法，其特征在于，包 括： 根据相关系数最大原则选取控制点，得到控制点的偏移量和坐标； 利用有理函数曲面拟合方法拟合出各个点的偏移量； 根据各点的偏移量对辅图像插值重采样得到配准后的辅图像。2. 根据权利要求1所述基于有理函数曲面拟合的干涉合成孔径声纳复图像配准方法， 其特征在于所述选取控制点包括： 首先对整个图像在距离向和方位向上分块，每块根据相关系数最大原则选取一个控制 点，这样控制点符合均匀分布； 然后经过粗配准和精配准两个过程，粗选取是按照整数个像素点滑动窗口，获得的偏 移量是整数;精选取是在粗选取的基础上，对控制点周围的一个像素进行插值，以1/10像素 滑动窗口，得到每个控制点的坐标和子像素级的偏移量。3. 根据权利要求1或2所述的基于有理函数曲面拟合的干涉合成孔径声纳复图像配准 方法，其特征在于所述相关系数通过以下方式得到： 将整体图像在距离向上等分为N块，在方位向上等分为Μ块，共N · Μ块，对于每一个子图 像块，按照一定的窗口大小计算每个点的相关系数：其中u是主图像，ν 是辅图像，F表示ν的共辄。4. 根据权利要求1所述的基于有理函数曲面拟合的干涉合成孔径声纳复图像配准方 法，其特征在于根据以下曲面拟合模型进行有理函数曲面拟合：式中，Δ r为两个阵元丹，Ρ2与目标〇的路程差;^为斜距，g卩丹到〇点的距离。 根据得到的每个控制点的坐标和偏移量，通过最小二乘法求解上式中的系数a，b，得到 系数以后，计算整个图像中每个点的偏移量。5. 根据权利要求1所述的基于有理函数曲面拟合的干涉合成孔径声纳复图像配准方 法，其特征在于:在对辅图像插值重采样过程中，利用sine函数进行插值以获取更高精度的 插值后的辅图像。
【文档编号】G01S7/52GK105866766SQ201610308242
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月11日
【发明人】黄攀, 唐劲松, 岳军, 钟何平, 张森, 田振
【申请人】中国人民解放军海军工程大学