一种基于微小卫星星座的多帧图像重构方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于航天遥感领域，涉及图像配准和图像重构方法，尤其是涉及一种基于 微小卫星星座的多帧图像重构的方法。
【背景技术】
[0002] 自上世纪八十年代起，随着新技术、新思路的出现，小卫星开始迅速发展起来，20 多年间，全世界共发射小卫星900多颗，占发射总量的30%，小卫星相比于大卫星具有重量 轻、体积小、成本低、研制周期短、快速灵活等特点。随着微小卫星技术的成熟，其编队飞行 技术也得到了发展，多颗卫星间以一定的构型环绕地球运动，以较近的距离相互通信共同 协作实现大卫星的功能任务。小卫星编队可以突破其自身载荷支持能力限制，弥补可靠性 低的缺点。卫星编队之后，可以将多个载荷分散至多颗卫星，不仅实现了卫星间备份提高了 系统的可靠性，同时空间中的卫星由于基线长，可以完成大卫星所无法实现的功能。目前其 主要应用于合成孔径雷达、分布式气象卫星三维立体成像、高分辨率合成孔径光学干涉技 术、空间攻防、电子侦察等方面。
[0003] 同时，二十一世纪以来，随着军事侦察、国土资源勘查等军民应用领域对高分辨率 遥感图像需求的不断增加，如何低成本获取高分辨率遥感图像成为当前航天遥感领域的研 究热点。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种基于微小卫星星座的多帧图像重构方法，该方法基于微 小卫星星座的利用图像配准、重构技术获取高分辨率图像。
[0005] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0006] -种基于微小卫星星座的多帧图像重构的方法，包括以下步骤：
[0007] 步骤一、基于微小卫星星座获取多帧具有微小位移的序列图像：
[0008] 在同一时刻，分别利用分居在多颗编队飞行的微小卫星上的摄像系统摄取同一目 标场景的图像，由此得到多帧具有微小位移的序列图像。
[0009] 步骤二、针对采集到的多帧图像，利用基于插值和边缘特征点相结合的图像配准 方法将其进行亚像元级图像配准：
[0010] (1)针对基准图像a与浮动图像b，采用三线性插值法对其进行插值缩放得到图像 a，、b，；
[0011] (2)对缩放后的图像a'、b'采用Canny算法分别进行边缘特征点提取；
[0012] (3)为每条边缘上提取的特征点构造方向链码，寻找匹配边缘；
[0013] (4)利用相邻特征点的角度信息确定旋转角度，并校正角度；
[0014] (5)计算出图像缩放的比例因子：
[0015] a、获取基准图像a与其缩放图像a'两幅图像的匹配边缘，具体步骤同（2)_(3);
[0016] b、以匹配边缘上的特征点为控制点，以控制点做B-Spline曲线变化；
[0017] c、利用B-Spline函数的型值，获取图像的缩放比例因子。
[0018] (6)根据图像a'、b'中选取的特征点的角度信息和坐标信息确定缩放图像a'、 b'的偏移量，然后利用步骤（5)得到的图像缩放因子对该参量进行同等倍数的缩放处理 以得到原始图像a、b的偏移量。
[0019] 步骤三、对配准后仅具有亚像元级错位的图像采用顺序加权排列法进行插值重 构，插值重构算法具体如下：
[0020] 设配准后仅具有亚像元级错位的两幅低分辨率图像分别为A、B，插值重构得到的 高分辨率图像为H。以图像A左上角的顶点为原点，沿图像坐标系方向建立坐标系，那么图 像B左上角的顶点坐标为（Ax，Ay)，其中Ax和Ay分别为图像序列间横向和纵向的亚 像元微位移大小。插值重构算法的公式如下所示：
[0021] ①若A x < 〇? 5个像素，A y < 〇? 5个像素，则：
[0022]
;;
[0023] 式中，i，j为正整数，a = A x/X、b = A y/A，A为原始图像的像素大小，且其中 的 B(0, j)，B(i，0)均取零。
[0024] ②若A x < 〇? 5个像素，A y > 〇? 5个像素，则：
[0025
[0026] ③若A x > 〇? 5个像素，A y < 〇? 5个像素，则：
[0030] 本发明与现有技术相比，具有以下优点：
[0031] 第一，本发明基于微小卫星星座利用多帧图像重构出高分辨率图像，充分地利用 了微小卫星星座的功能。
[0032] 第二、本发明中在图像配准时利用基于插值和边缘特征点相结合的图像配准方法 进行亚像元级图像配准，该算法具有较高的精度，同时配准速度也很快。
[0033] 第三，本发明在图像配准过程中将图像进行插值缩放时采用三线性插值法，它可 以有效地克服最近邻插值算法造成的图像灰度值不连续性和双线性插值法的滤波性质，具 有很好的视觉效果。
[0034] 第四，本发明中在图像插值重构时运用的顺序加权排列法，充分运用了源图像的 信息，同时其计算速度和所需的存储量都具有很好的优势。
[0035] 第五，本发明基于微小卫星星座，运用基于插值和边缘特征点相结合的图像配准 方法和基于顺序加权排列的图像插值重构方法，将多帧互有微小位移的低分辨率图像序列 重构出一帧高分辨率图像，从而提高Nyquist频率来有效地减少成像系统的频谱混叠，进 而提升整个光学系统的成像质量，以获得更加丰富的目标信息。
【附图说明】
[0036] 图1为基于微小卫星星座的多帧图像重构方法的流程图；
[0037] 图2为微小卫星星座获取图像过程的示意图；
[0038] 图3为图像配准过程流程图；
[0039] 图4为Ax<〇. 5个像素，A y <〇? 5个像素时的图像插值重构过程示意图；
[0040] 图5为Ax<〇. 5个像素，A y > 〇. 5个像素时的图像插值重构过程示意图；
[0041] 图6为AX>0.5个像素，Ay< 〇?5个像素时的图像插值重构过程示意图；
[0042] 图7为Ax>〇. 5个像素，A y < 〇. 5个像素时的图像插值重构过程示意图。
【具体实施方式】
[0043] 下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本 发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖 在本发明的保护范围中。
[0044]