[发明专利]一种基于动态匹配的无人机遥感影像快速拼接技术

说明书

技术领域

本发明基于对RGB与HSI颜色空间的特性分析，提出一种根据颜色的色度和饱和度特征来度量象素颜色相似性的方法，同时提出了一种用于彩色图像匹配中的特征模板提取方法，最终实现无人机遥感影像的快速无缝拼接。

背景技术

无人机即无人驾驶飞机，是一种由无线电遥控设备或自身程序控制装置操纵的无人驾驶飞行器。无人机上一般装备有自动驾驶仪、程序控制系统、遥控与遥测系统、自动导航系统、自动着陆系统等，通过这些系统实现远距离控制飞行。20世纪80年代以来，随着计算机技术、通讯技术以及传感器技术的迅速发展口无人机的性能得到不断提高，任务载荷和续航时间大大提升，这使得无人机的应用范围和应用领域得到迅速扩展。目前世界范围内各种性能指标的无人机类型己达数百种，被广泛的应用于航空摄影测量、全球气候变化、水利、减灾救灾等非军事领域。

作为一种特殊的飞行载体，无人机多在某一局部地区完成监测任务，特殊目的下需要对地面目标进行实时跟踪飞行，需要低空、盘旋飞行，飞行姿态多变，飞机与地面景物之间的相对运动显著，成像载荷获得的图像产生着较大的畸变和直线、旋转运动模糊。受特殊天气和光照、相机离焦等因素的影响，获取的遥感图像会出现对比度低、模糊甚至遮挡现象。图像质量的降低，不仅使地面人员无法清晰观察地面情况，更不利于图像的后续处理与分析，如目标跟踪和定位等。随着无人机飞行速度、遥感图像的分辨率、数据采样频率和通讯频带宽度的不断提高，海量遥感图像数据的自动、高速、高质量的实时处理己成为急需解决的关键问题。

由于无人机特殊的飞行特性和对图像监控系统的特殊功能、性能要求，在无人机遥感图像监控系统的构建和实现上都存在着很多需要进一步研究和解决的问题，对图像的实时处理和分析这一研究领域带来了一项艰巨挑战。针对实时图像处理的客观迫切要求，20世纪70年代以来，国际上逐渐将数字图像处理技术的研究重点同时放在实时图像处理技术上，这是因为对动态图像只有在实时处理时才更有实际应用价值。根据无人机实时图像处理分析的要求，目前无人机实时图像处理技术主要是指基于动态匹配技术的无人机遥感影像快速拼接，由于真彩色图像由于具有更为丰富的可视化信息，如何提高拼接算法的效率也是需要特别考虑的问题。国内的武汉大学和解放军测绘工程学院对该技术均有研究，主要应用方向为巡航弹的地理位置精确匹配，可将该技术用于无人机实时图像处理分析。

发明内容

彩色图像由于具有更为丰富的可视化信息，因此也得到了更为广泛的应用。彩色图像中像素颜色通常需要由3维颜色空间向量来表示，因此与灰度图像相比，在图像的表达方式和处理方法存在着较大差异，使得彩色图像拼接具有更大的难度。以往的彩色图像拼接方法大多首先将彩色图像变换为灰度图像，然后采用灰度图像拼接的方法进行匹配计算。由于在彩色与灰度图像变换过程中，必然会丢失大量有用的颜色信息，因此难以得到理想的拼接处理结果。彩色图像平滑过程中可以通过对图像的拼接缝作各种颜色过渡处理，但由于图像整体上存在着颜色差异，使平滑后的图像很难保证整体上的颜色一致性。人眼对于彩色具有更高的敏感程度，彩色图像平滑也同样成为图像拼接中的另一个关键技术环节。由于彩色图像数据量更大，如何提高拼接算法的效率也是需要特别考虑的问题。

基于对RGB与HSI颜色空间的特性分析，提出一种根据颜色的色度和饱和度特征来度量象素颜色相似性的方法，同时提出了一种用于彩色图像匹配中的特征模板提取方法。通过待拼接的两幅彩色图像之间的重叠区域亮度关系分析，建立了图像之间的亮度变化函数，全局化地调整两幅图像之间的颜色差异，消除拼接缝，增强视觉效果。

附图说明

图1是无人机航空遥感影像动态拼接流程图。

具体实施方式

1.相邻影像拼接

(1)颜色空间变换

颜色空间是颜色的空间表达形式，包括多种类型，例如RGB，HSI和YUV等颜色空间把抽象的、主观的视觉感受具体化为三维空间中的位置或向量，使各种彩色图像、彩色设备的颜色特性都能实现可视化，成为颜色研究的重要工具。

为了克服RGB颜色空间的不均匀和不直观的缺点，在彩色图像处理中大多采用颜色空间变换方法，将RGB颜色空间转换为其它的更为符合颜色视觉特性的颜色空间，再做进一步的处理，并将处理后的结果重新转换为RGB颜色空间。颜色空间的转换过程需要进行大量的计算，对彩色图像处理的实时性有较大的影响。

(2)色差计算