专利名称：基于图像特征配准的航空多光谱遥感影像几何精校正方法
技术领域：
本发明涉及遥感技术领域，尤其涉及一种基于图像特征配准的航空多光谱遥感影像几何精校正方法。
背景技术：
在航空遥感中，由于海面上空气流动复杂、波动大，飞机飞行姿态易受影响，使得机载多光谱遥感扫描仪成像姿态不稳定，图像几何畸变严重，在数据应用前必须首先进行几何校正。但由于部分多光谱遥感扫描仪未带有IMU/POS(Inertial Measurement Unit/ Position and Orientation Solutions)等姿态角测量设备,给几何校正带来了极大挑战。 本发明是一种无姿态信息条件下的基于图像特征配准的航空多光谱遥感影像几何精校正方法。国外机载多光谱扫描图像几何特性的研究开展较早，从20世纪60年代开始，一直为人们所关注。传统的几何纠正方法，利用参考点和最小二乘法拟合求取空间转换多项式， 经过插值求得校正图像。该法能在一定程度上消除图像的整体畸变，但对参考点要求较高， 且多为野外测量参考点坐标，人力物力消耗大。早期的几何校正方法仅利用控制点和最小二乘法拟合求取空间转换多项式，经插值求得校正图像，但对于由平台姿态、运动变化引起的高频畸变则无法消除。到了 1990年，
B.J. Devereux等提出了匹配Delannay三角形的机载多光谱扫描图像几何畸变校正方法。与传统方法相比，该方法虽在精度上略有提高，但同样需选取大量的控制点以形成三角形联网。另一类校正方法称非参数校正方法[2]，将原始图像和校正图像空间坐标间的差异视为二维随机场，其利用一组控制点，对每一点计算其原始空间坐标与校正空间坐标的差值，通过加权平均来完成几何校正，权因子与至每个GCP的距离成反比。随着惯导系统以及 GPS定位技术的发展，从空间实现象元点几何定位已成为可能。美国、加拿大等欧美国家具有先进的 P0S/DG (Position and Orientation Solutions for Direct Georeferencing) 等测量飞行姿态角的设备，建立了相应的校正模式，对没有姿态角的情况研究较少。在我国，机载多光谱扫描图像几何特性研究起步较晚。其中中科院上海技术物理所研制的一个机载多光谱成像仪OMIS系统,该系统将成像技术和光谱技术结合在一起，在连续光谱段上对同一地物同时成像。对OMIS数据，人们做了一些航拍变形校正探讨。郭小方[3]详细分析了导致机载多光谱扫描图像几何畸变的因素，包括三个飞行姿态角变化、速高比不定、地面起伏等。张静波[4]利用OMIS数据，针对中低空机载成像光谱图像正切投影变形等几何失真因素，建立了航空高光谱图像单因素几何校正模型，得出一种几何畸变综合校正方法，其中正切校正模式原理是以扫描线中心像元为起点，利用重采样技术，以中心像元大小为定步长，分别向扫描线两端展点，然后进行插值运算求出定步长各像元的灰度值。由于中心像元大小为定步长，向扫描线两端展点的方法是一样的。该方法基本消除了正切畸变，效果较好，但没有完成最后的精校正。袁修孝[5]构建了类似的推扫式传感器纠正方程，不过该方程更多是利用成像数学关系，考虑地表情况不多。
针对海洋遥感图像参考点难以提取的情况，毛志华Μ提出了一种利用海岸线选参考点的方法，将海岸线的拐点等设为参考点来校正卫星遥感数据。刘涛利用航空多光谱遥感器附带的GPS数据和飞行参数，提出反演飞机姿态几何纠正法。该法首先对原始数据进行剔除辅助数据、消除时间延迟、转换地理坐标系、GPS插值处理等预处理，接着给出一种飞机可能的飞行模式。该模式假设飞机在一秒内做圆周运动，然后利用飞行动力学原理，反演出滚动角(扫描仪的侧翻角)、俯仰角等姿态参数。最后利用构象方程，计算像元坐标。 在没有姿态角的情况下，该法进行了几何校正的探索性研究，校正精度比以往的两秒校正模式有很大提高，很好的解决航空多光谱遥感影像几何粗校正问题。为满足生产需求，我们需要在此基础上进行几何精校正。相对航空遥感平台，高精度高分辨率卫星SPOT等航天遥感器轨道高、成像稳定、 几何变形较小，因此可以采用与高分辨率卫星影像配准的方法，纠正航空多光谱遥感图像变形。参考文献[I]B J Devereux,R M Fuller,L Carter,et al. 1990. Geometric correction of airborne scanner imagery by matching Delaunay triangles. International Journal of Remote Sensing,11(12) :2237-2251[2]Kindelan M, Moreno V, Valverde A, Geometric Correction of Airborne Multispectral Scanner Images. 15th International Symposium on Remote Sensing of environment,1981 1539-1549.[3]郭小方，王天兴，张幼莹，杨苏明.机载多光谱扫描图像几何畸变的全自动校正·中国图像图形学报，1998，3 (5) :394 399.[4]张静波.中、低空机载成像光谱图像的几何校正研究[J].铀矿地质，2001， 17(5) :307 313[5]袁修孝，张过.缺少参考点的卫星遥感对地目标定位[J].武行大学学报(信息科学版)，2003，28 (5) :505 508. ·[6]毛志华，黄海清，朱乾坤，潘德炉.利用海岸线的海洋遥感图像控制点自动匹配法·海洋学报，2000，22 (5) :41 49.[7]刘涛.机载多通道扫描仪几何校正算法研究及软件开发.国家海洋局第二海洋研究所硕士论文，2006.
发明内容
本发明的目的是提供无姿态信息条件下一种基于图像特征配准的航空多光谱遥感影像几何精校正方法。基于图像特征配准的航空多光谱遥感影像几何精校正方法的步骤如下I)对待配准的航空多光谱遥感影像与作为标准的正射高分辨率卫星影像，分别采用Sobel边缘检测算子进行边缘提取；2)利用Harris角点检测法检测待配准的航空多光谱影像与作为标准的正射高分辨率卫星影像的角点；3)通过相关法进行待配准的航空多光谱影像与作为标准的正射高分辨率卫星影像角点间的粗关联； 4)通过计算支持强度进行两个影像角点间的精关联；5)根据多项式模型反算出多项式系数；6)采用双线性内插进行灰度重采样，生成配准后的图像。所述的步骤I)为为避免将海面灰度变化而误认为角点，首先对待配准的航空多光谱影像与作为标准的正射高分辨率卫星影像分别进行边缘提取，本方法采用Sobel边缘检测算子，包括两个有向算子，其中一个水平有向算子，一个垂直有向算子，每一个有向算子逼近一个偏导数
权利要求
1.一种基于图像特征配准的航空多光谱遥感影像几何精校正方法，其特征在于它的步骤如下1)对待配准的航空多光谱遥感影像与作为标准的正射高分辨率卫星影像，分别采用 Sobel边缘检测算子进行边缘提取；2)利用Harris角点检测法检测待配准的航空多光谱影像与作为标准的正射高分辨率卫星影像的角点；3)通过相关法进行待配准的航空多光谱影像与作为标准的正射高分辨率卫星影像角点间的粗关联；4)通过计算支持强度进行两个影像角点间的精关联；5)根据多项式模型反算出多项式系数；6)采用双线性内插进行灰度重采样，生成配准后的图像。
2.根据权利要求I所述的一种基于图像特征配准的航空多光谱遥感影像几何精校正方法，其特征在于所述的步骤I)为为避免将海面灰度变化而误认为角点，首先对待配准的航空多光谱影像与作为标准的正射高分辨率卫星影像分别进行边缘提取，本方法采用 Sobel边缘检测算子，包括两个有向算子，其中一个水平有向算子，一个垂直有向算子，每一个有向算子逼近一个偏导数
3.根据权利要求I所述的一种基于图像特征配准的航空多光谱遥感影像几何精校正方法，其特征在于所述的步骤2)为Harris算子处理过程表示如下
4.根据权利要求I所述的一种基于图像特征配准的航空多光谱遥感影像几何精校正方法，其特征在于所述的步骤3)为对于待配准的航空多光谱遥感影像中任意一个角点a， 选定以a为中心的一个尺寸为(2m+l) X (2n+l)相关窗口，然后在标准的正射高分辨率卫星影像中与a具有相同坐标的点选定一个(2p+l) X (2q+l)的矩形搜索区域，对于待配准的航空多光谱遥感影像的角点a与标准的正射高分辨率卫星影像中落入搜索区域内的角点群， 在给定的窗口完成相关操作，其相关系数定义为
5.根据权利要求I所述的一种基于图像特征配准的航空多光谱遥感影像几何精校正方法，其特征在于所述的步骤4)为角点精关联从候选的匹配角点中找出一一对应最好的角点的集合，首先计算角点的支持强度，采用松弛算法迭代，最后确定一一对应的角点集合，获得匹配点对，具体方法如下(I)对于航空多光谱遥感影像图和标准的正射高分辨率卫星影像图中候选对应角点 X、Y，假设其为一对真正对应角点，在各自影像图中R半径邻域内，假设角点数目分别为 N⑴、N(Y)，若X、Y为一对真正的对应角点，则在其邻域内，可能得到更多的对应角点aX、 bY，也即一个邻域内角点相互支持；若(aX，bY)为对应角点，其受真实对应角点(X，Y)支持的必要条件是——^与W之间的角度小于Θ，这里R为1/8图像宽度和高度的较小者，Θ取90°，当以上假定得到满足时，定义(Χ，Υ)与(aX，bY)的支持强度为
6.根据权利要求1所述的一种基于图像特征配准的航空多光谱遥感影像几何精校正 方法，其特征在于所述的步骤5)为将角点一一对应后，即可根据多项式模型反算出多项 式系数，多项式模型设计为
7.根据权利要求1所述的一种基于图像特征配准的航空多光谱遥感影像几何精校正 方法，其特征在于所述的6)步骤为对于一个目的像素，设置坐标通过反向变换得到的浮 点坐标为(i+u，j+v)，其中i、j均为非负整数，u、v为[0，1)区间的浮点数，则这个像素的 值f(i+u，j+v)可由待配准的航空多光谱影像中坐标为(i，j)、(i+1，j)、(i，j+1)、(i+1， j+1)所对应的周围四个像素的值决定，即
全文摘要
本发明公开了一种基于图像特征配准的航空多光谱遥感影像几何精校正方法。它的步骤如下1)对待配准的航空多光谱遥感影像与作为标准的正射高分辨率卫星影像，分别采用Sobel边缘检测算子进行边缘提取；2)利用Harris角点检测法检测待配准的航空多光谱影像与作为标准的正射高分辨率卫星影像的角点；3)通过相关法进行两种影像间的粗关联；4)通过计算支持强度进行两种影像角点间的精关联；5)根据多项式模型反算出多项式系数；6)采用双线性内插进行灰度重采样，生成配准后的图像。本发明比较好的解决了缺乏地面参考点的航空遥感图像几何校正问题，提高了航空多光谱扫描仪的几何校正精度，使航空遥感技术能够更好的应用于国民经济生产生活中。
文档编号G06T5/00GK102609918SQ20121003405
公开日2012年7月25日 申请日期2012年2月15日 优先权日2012年2月15日
发明者毛志华, 沈亮, 潘德炉, 王迪峰, 龚芳 申请人:国家海洋局第二海洋研究所