[发明专利]步进分幅CCD图像拼接的方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种步进分幅CCD图像拼接的方法。

背景技术

航空步进分幅相机通过时间换取空间，在垂直于飞行航向的多个位置进行拍照成像，保证一定重叠率基础上进行图像的拼接处理，能够实现对地面的大视场观测。它具有体积小、质量轻的优点，可十分方便应用于无人机等平台上。其基本的工作原理是，相机的控制摆扫机构将视场运动到起始点位置曝光成像获取一幅图像，在图像数据转移存储的过程中，摆扫机构将视场步进运动到第二个位置并静止；等待前一幅图像数据转移完成后对第二个位置的视场进行成像，等完成了多幅图像的拍摄后，摆扫机构控制视场步进回归；在保证一定航向重叠率的前提下，机的控制摆扫机构又将视场步进运动到下一轮的第一个视场位置，开始新一轮摆扫步进拍摄过程。

目前国外典型代表有CA-260，CA-261，CA-265和CA-270等相机，以及A3超宽幅面航空数码相机，这些步进分幅相机已在RF-4、F-16、F-14、SR-71、P-3以及RQ-4全球鹰等飞机上装备。分幅相机从空间不同的点拍数张整幅图像，可获得单张几何保真度较高的图像，但是对图像拼接技术提出了较高的要求。由于图像在不同时刻获取具有一定重叠率的图像序列，受飞机姿态和飞行速度不确定性的影响，使得获取的区域图像之间的重叠也是不断变化的，增加了区域图像处理的复杂度和难度，因此图像的拼接算法要求较高。

目前国内外对步进分幅CCD图像拼接处理的研究成果报道极少，只有类似的摇摆图像拼接，如高颖慧(高颖慧，沈振康，航空摇摆图像组的配准拼接算法，第38卷第1期，红外与激光工程2009年)研究了航空摇摆相机的摇摆模型采用了旋转加透视变形的校正模型，提出了针对摇摆图像组的配准拼接方法，主要通过定义能量函数来搜索得到最优匹配区域，然后对摇摆图像组进行平滑拼接。

目前研究比较多的是无人机获取的CCD面阵图像或其他航空面阵图像的拼接。这些拼接处理方法重点都是如何通过匹配算法提取重叠区域的同名特征点，然后计算相邻面阵图像的空间变换关系，在变换的基础上完成图像的拼接。如于欢等人(于欢、孔博，无人机遥感影像自动无缝拼接技术研究，第27卷第3期，2012年6月，遥感技术与应用)提出了运用特征的控制点配准算法和图像灰度融合的对比度调制法实现多幅无人机影像自动无缝拼接技术，采用的八参数的变换模型，通过相邻图像之间至少10-20同名特征点。王勃等人(王勃、龚志辉、靳克强等，一种改进的无人机影像拼接方法，计算机工程与应用，2011,47卷35期)针对传统的基于SIFT的影像拼接处理速度慢的问题，通过分析原始影像与缩小影像之间单应矩阵(透视变换模型)的关系，提出了改进拼接速度的方法。

现在已有的航空遥感图像拼接技术，尤其是无人机获取的航空图像，都是针对多条航带、多幅图像的拼接问题，一般要求重叠率高，而且变换模型上往往采用参数较多的八参数变换模型、单应矩阵的透视变换或者需要六个参数的仿射变换，这就需要提取重叠区域的较多的同名特征点进行计算，如果同名特征点少或分布不合理则很难进行参数的计算。而步进分幅图像需要拼接的图像是在同一条航带上顺序获取的图像，具有图像之间重叠率低，不能采用参数较多的复杂变换模型，而必须根据重叠率低，提取极少量的同名特征点构建参数较少的变换模型。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种步进分幅CCD图像拼接的方法，以准确而快速地拼接多幅图像。

(二)技术方案

本发明步进分幅CCD图像拼接的方法包括：步骤A：在相邻两幅图像重叠区域内，利用尺度不变特征变换算子提取图像中距离最远两个同名特征点-同名特征点P1和同名特征点P2；步骤B：根据提取的两个同名特征点的坐标，计算相邻两幅图像间的弹性变换模型的四个参数，计算公式为：