Quick-SIFT算子下无人机航拍图像拼接方法

文档序号:24622620发布日期:2021-04-09 20:28阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种quick-sift算子下无人机航拍图像拼接方法,其特征在于,包括:

步骤1:图像采集;

步骤2:图像配准;

步骤3:图像融合。

2.根据权利要求1所述的quick-sift算子下无人机航拍图像拼接方法,其特征在于,所述图像采集包括:利用搭载光学载荷的无人机经过一定路线,拍摄带有重叠部分航拍图像,通过图传设备获取图像;

所述图像配准包括:采用基于图像特征的图像配准方法,即首先用quick-sift算子提取两幅图像的特征点,利用ransac特征点进行匹配筛选,得到m个最优的匹配对,m为正整数;

所述图像融合包括:利用匹配对数计算出特征点之间的单应性矩阵,对待配准图像进行仿射变换,使之与参考图像进行融合,得到拼接后的图像。

3.根据权利要求2所述的quick-sift算子下无人机航拍图像拼接方法,其特征在于,所述quick-sift算子的构造的方法,包括四个步骤:

步骤1-1:尺度空间的极值检测;

步骤1-2:关键特征点的定位;

步骤1-3:特征点的方向分配;

步骤1-4:关键点描述。

4.根据权利要求3所述的quick-sift算子下无人机航拍图像拼接方法,其特征在于,所述尺度空间的极值检测的方式,包括:

对原始图像构建高斯金字塔,再由两个相邻的高斯金字塔相减,得到高斯差分尺度空间,即dog差分金字塔,所述对原始图像构建高斯金字塔,再由两个相邻的高斯金字塔相减,得到高斯差分尺度空间的方法,具体如下:

首先,利用不同尺度因子的高斯函数对原始图像进行卷积计算;其后对图片进行降采样,通过隔点采样的方式缩小卷积图像的尺寸,得到高斯尺度空间,其原始图像i(x,y)的尺度空间被定义为函数l(x,y,σ),即log算子,如公式(1)和公式(2)所示:

l(x,y,σ)=g(x,y,σ)*i(x,y)(1)

其中

x和y分别为原始图像的横坐标和纵坐标,σ为可变的尺度因子的高斯函数,σ越大,图像的平滑程度越大,卷积后的图像越模糊。作差得到的高斯差分尺度空间dog可表示为公式(3)所示:

d(x,y,σ)=(g(x,y,kσ)-g(x,y,σ))*i(x,y)=l(x,y,kσ)-l(x,y,σ)(3)

其中k表示相邻尺度的比例系数,一般取其差分高斯金字塔的构建过程,包括:

该高斯差分尺度空间中大小相同的图像组为一阶图像octave,每阶有s层尺度图像,若某阶中首层尺度因子为σ,则同阶中其他层的尺度因子依次乘上比例系数k;下一阶的首层则为上一阶的中间层降采样得到;最后,在高斯差分金字塔上查找潜在的对于尺度和旋转不变的兴趣点,每一个采样点要和它同尺度的8个相邻点和上下相邻尺度对应的9x2个点共26个点比较,如果在26个点中是最大或最小值时,将作为局部极值点,即兴趣点,其中s为正整数。

5.根据权利要求4所述的quick-sift算子下无人机航拍图像拼接方法,其特征在于,所述quick-sift的金字塔构造可以通过以下三种方式实现:

(1)减少金字塔阶数:当航拍图像缩放特征不显著时,可以减少高斯金字塔的阶数;

(2)减少金字塔层数:为了检测出对图像缩放稳定的特征点,需要在多尺度图像上进行搜索;

(3)选择不同层图像作初始检索层:大尺度对应于轮廓特征,小尺度对应于图像的细节特征。

6.根据权利要求3所述的quick-sift算子下无人机航拍图像拼接方法,其特征在于,所述关键特征点的定位方法,包括:

对尺度空间dog函数进行曲线拟合,利用dog函数的泰勒展开式的导数来求得极值。d(x,y,σ)的泰勒展开式为公式(4)所示:

对d(x,y,σ)求导,令其导数等于0可求得极值点的精确位置;

进一步去除低对比度的关键点和不稳定的边缘响应点。

7.根据权利要求6所述的quick-sift算子下无人机航拍图像拼接方法,其特征在于,所述去除低对比度的关键点和不稳定的边缘响应点的方法,包括:采用特征点处2x2的hessian矩阵h,由于d(x)的主曲率和h的特征值成正比,计算h矩阵秩的平方与行列式值的比值与阈值作比较,剔除不确定点。

8.根据权利要求3所述的quick-sift算子下无人机航拍图像拼接方法,其特征在于,所述特征点的方向分配的方法,包括:

利用图像的局部特征用公式(5)为给每一个关键点分配一个基准方向和梯度:

其中,m(x,y)表示在图像(x,y)上模的值,θ(x,y)表示(x,y)的梯度方向,对之前检测到的关键点,采集其所在高斯金字塔图像3σ邻域窗口内像素的梯度和方向分布特征,并按照1.5σ的高斯分布加成;在完成关键点的梯度计算后,使用直方图统计邻域内像素的梯度和方向;梯度直方图将0~360度的方向范围分为36个柱,其中每柱10度。

9.根据权利要求3所述的quick-sift算子下无人机航拍图像拼接方法,其特征在于,所述关键点描述的方法,包括:首先将图像旋转至特征点主方向,从而使得图像不受旋转因素的影响。然后以特征点为中心的附近领域划分为4*4窗口,每个窗口计算8个方向的梯度信息,并进行统计和归一化处理。这样一个特征点可以产生128维的特征描述量。

10.根据权利要求3所述的quick-sift算子下无人机航拍图像拼接方法,其特征在于,所述特征点匹配的方法,包括:ransac是一种参数估计算法,其主要思想是:从样本数据集中随机选取一个子集,对该子集进行参数估计,从而确定参数估计模型。将所有样本数据集带入该模型,对其进行验证,根据损失函数得到一致性集合。根据样本数据集中符合一致性集合的点集数量大小,确定该模型的正确性。通过多次的假设与检验,最后得到一个全局最优的模型参数。在quick-sift中使用ransac算法,去除错误的配准,从而提高算法的匹配正确率。

11.根据权利要求3所述的quick-sift算子下无人机航拍图像拼接方法,其特征在于,所述图像融合的方法,包括:在由两幅图像的特征点描述符对图像进行配准后,需要根据图像间的空间变换关系对图像进行拼接融合。对不同区域图像进行权重赋值,然后根据权重值进行叠加平均得到像素值,取两邻近的图像权重取值分别为w1和w2,其中w1,w2都满足在(0,1)范围内,且满足w1+w2=1。假设待拼接的图像分别为im1i,j,im2i,j,且设δi,j是拼接融合后的图像。拼接重叠后的像素值公式所示。


技术总结
一种Quick‑SIFT算子下无人机航拍图像拼接方法,包括:步骤1:图像采集;步骤2:图像配准;步骤3:图像融合。所述图像采集包括:利用搭载光学载荷的无人机经过一定路线,拍摄带有重叠部分航拍图像,通过图传设备获取图像;所述图像配准包括:采用基于图像特征的图像配准方法,即首先用Quick‑SIFT算子提取两幅图像的特征点,利用RANSAC特征点进行匹配筛选,得到M个最优的匹配对,M为正整数;结合其它策略有效改善了无人机航拍图像拼接中特征检测耗时长的问题、显著提高了图像拼接效率。

技术研发人员:芮挺;胡育诚;杨成松;王东;方虎生;郑南
受保护的技术使用者:中国人民解放军陆军工程大学
技术研发日:2020.08.24
技术公布日:2021.04.09
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