海洋遥感图像亚像素配准算法及其重点技术

许欣欣

辽宁省自然资源事务服务中心 辽宁 沈阳 110001

随着海洋开发利用逐步深入,对海洋环境监测等提出了更高的要求,海洋是国家安全的重要空间,海上安全维系国家未来重大发展利益。随着遥感技术的飞速发展,获取遥感数据技术逐渐趋向多传感器与高时间分辨率,高光谱分辨率的时代,获得航空遥感数据信息量成倍增大,利用同一场景低分辨率遥感影像重建生成高分辨率影像成为研究热点。静止轨道卫星可以利用同一遥感器对感兴趣的同一区域进行连续观测,是开展高频对地观测的最佳手段由于静止轨道卫星成像系统积分时间一般比较长,这些颤振将严重影响遥感图像质量。目前卫星平台的颤振测量计算和抑制技术都发展到了一定水平。卫星平台抑制技术和相关设备可以消除大部分的平台颤振,但是对于低频的卫星平台的姿态漂移却束手无策。目前图像亚像素配准算法有扩展相位相关与解最优化问题,解最优化问题实际应用中计算量大,相位法范围包括了空城的相位相关,频率域相位相关法最早由Kuglin提出,配准精度可达到像素级,Lee,De等人扩展到具有旋转,缩放等不同情况,图像平移是整体过程,提出改进亚像素配准方法,采用矩阵乘法傅里叶变换求取亚像素级位移,提高配准效率。适用于遥感影像海量数据的配准。

一、改进亚像素配准方法

像素级的图像配准中,一般方法是特征空间,搜索算法等不同方面组合,多光谱成像是本土传感器对同一场景拍摄,使用与基于互信息量理论进行配准,只依赖图像信息,不需对图像进行特征点提取等预处理,算法对图像中的几何失真及数据的缺失等不敏感。首先根据最优准则把图像分割成不同的子图像,其次使用基于Ostu的Canny算法对图像进行边缘分割提取,然后在提取后的图像使用SURF算法提取特征点,最后在关键点周围进行开窗,窗口大小为200×200像素。在窗口中使用矩阵乘法相位相关法来计算图像亚像素偏移量。综合所有的子图像的偏移量最终获得整幅图像的亚像素偏移量。

以往的卫星遥感图像配准是在像素级进行配准,亚像素配准技术的高分辨图像融合预处理,将两幅图像小于一个像素误差对齐调准到一致位置,配准首先非正数平移量计算,然后调准还原。

基于矩阵乘法采样离散傅里叶变换方法避免了传统方法求取图像亚像素位移不足,但利用相位求取整数位移步骤计算量增大,为充分利用亚像素配准有效性,采用有效子图代替原土进行图像亚像素配准的改进方法。

有效图可用二维小波方法选取,3个方向的高频部分代表图像3个方向细节信息,最大时对应图像细节部分信息最多,用子图作图像配准效果较精确,如将512×512的图像均匀分割为16等份。对每个子图高频总能量进行对比,取能量最大时对应子图作有效子图。

改进方法选取有效子图代替原土配准,相比传统方法更适于大尺度遥感影像高精度配准。改进方法将二维小波变换,上采样矩阵乘法DFT 结合的亚像素图像配准算法。采用矩阵乘法DFT 配准中以局部区域信息进行亚像素配准,算法的计算复杂度大大缩小,改进方法的计算复杂度由于上采样矩阵算法,在计算量得到显著提高。

二、实验结果分析

图片边缘比较丰富的地方出现信息丢失,原因是图像本身不再严格的频谱带限下,频谱无限宽,需采样前加载抗混叠滤波。滤波器过渡带原因,图像不在严格频谱带限下。由于非带限情况出现混叠,提出分量计算准则,Takita等人强调高信噪比的低通分量,提高配准精度。二维傅里叶变换边缘效应影响配准精度,应使其上下边缘连续,窗函数可采用Blackman窗等。

修正图像配准误差,通过对参考图像比较调准,将边缘误差大的图像进行替换。由于配准结果图与参考图像边缘发生差异,参考图像之间的水平梯度二值化不同。利用大小元素为1的模板,利用二值化图像1代表边缘特点,对模板内元素求和,累加最大为包含边缘最多部分。

结语：本文系统研究了图像配准技术,叙述了现代遥感技术高光谱的需要,研究亚像素图像配准算法,分析仿真结果,误差修正算法对误差信息进行很好的修正。提出利用有效子代图代替原图进行配准改进方法,提高配准速度,适用于存在旋转,平移的遥感数据处理。