[发明专利]基于GPU和金字塔互信息的SAR图像配准方法

说明书

本发明公开了一种基于GPU和金字塔互信息的SAR图像配准方法，主要解决现有技术图像配准的速度慢和精度低的问题。其实现方案为：1.GPU经1/4下采样生成两幅金字塔顶层图像，同时CPU计算顶层图像移动范围；2.在顶层图像移动范围内计算顶层图像的移动位置；3.CPU由顶层图像移动位置计算中间层图像移动范围，同时GPU经1/2下采样生成两幅中间层图像；4.在中间层图像移动范围内计算中间层图像移动位置；5.根据中间层图像移动位置计算待配准图像移动范围；6.在待配准图像移动范围内计算最终配准位置，生成配准后图像。本发明将GPU应用到金字塔互信息配准算法中，提高了配准的速度和精度，可用于实时遥感数据分析。

技术领域

本发明属于雷达技术领域，特别涉及一种SAR图像的配准方法，可用于实时遥感数据分析。

背景技术

金字塔互信息图像配准是当今最常用的配准算法之一，其将互信息计算与图像采样结合起来，具有运算量小，配准效果好的优势。现今的金字塔互信息图像配准算法多在CPU上实现，华中科技大学的李乔亮、汪国有、刘建国等提出的基于样条金字塔和互信息的快速图像配准算法，采用构建样条金字塔降低计算量，该算法在CPU上单线程运行。张赞霞、彭嘉雄、王洪群提出的基于互信息的分层遥感图像处理方法，采用小波变换构造图像金字塔进行互信息配准，同样是在CPU上运行。

随着SAR图像分辨率的提高，CPU上运行的图像配准算法运行时间变长，以至于无法满足实时性要求，使用GPU并行加速的配准算法出现；国防科技大学赵进在基于GPU的遥感图像并行处理算法及其优化技术研究的论文中给出了GPU实现的互信息图像配准算法，但该方法对于使用单精度浮点运算的GPU来说，配准精度不易控制。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于GPU和金字塔互信息的SAR图像配准方法，以减小图像配准时间，并提高配准的精度。

本发明的技术方案是：

采用CPU+GPU结合的方式，利用GPU进行图像采样和互信息计算，利用CPU进行金字塔每层图像共有区域范围和移动范围的计算。对图片进行1/4和1/2下采样构建3层金字塔，通过逐层计算配准位置，生成最终的配准图像，其实现步骤包括如下：

(1)获取两幅SAR灰度图像，并将其传送到GPU显存中作为两幅原始SAR图像，GPU对这两幅SAR图像分别进行1/4下采样，得到第一幅金字塔顶层图像D₁₁和第二幅金字塔顶层图像D₁₂；同时通过CPU初始化第二幅金字塔顶层图像D₁₂的移动范围；

(2)计算金字塔顶层最大互信息对应第二幅金字塔顶层图像D₁₂的移动位置：

(2a)GPU在移动范围内选取一个移动矢量并移动第二幅金字塔顶层图像D₁₂，生成第一幅金字塔顶层共有区域图像D₁₁'和第二幅金字塔顶层共有区域图像D₁₂'，再计算这两幅图像的互信息MI₁；

(2b)在移动范围内遍历选取新的移动矢量，重复(2a)，得到互信息值的集合；找出集合中最大互信息值，并保存该最大互信息值对应的第二幅金字塔顶层图像D₁₂的移动位置；

(3)GPU对两幅原始SAR图像进行1/2下采样，得到金字塔中间层的两幅图像D₂₁和D₂₂；CPU根据步骤(2b)保存的第二幅金字塔顶层图像D₁₂移动位置，确定第二幅金字塔中间层图像D₂₂的移动范围；

(4)计算金字塔中间层最大互信息对应第二幅金字塔中间层图像D₂₂的移动位置：