[发明专利]基于不完备姿轨信息的高精度异时图像拼接及校正方法

说明书

本发明公开了一种基于不完备姿轨信息的高精度异时图像拼接及校正方法，其包括以下步骤：S1、根据陀螺仪角速度和卫星在待拼接的两幅条带图像下的姿态信息解算其相应时刻的方向余弦矩阵；S2、根据步骤S1中得到的两个时刻对应的方向余弦矩阵，得到两幅图像相对于导航系的对应关系，也即确定原始线阵扫描图像与当前图像的大概位置对应关系；S3、利用SIFT特征点匹配进行图像校正，确定两幅条带图像的详细位置对应关系，并完成图像拼接。本发明提供的方法解决了传统图像拼接方法对于大范围遥感图像拼接的缺陷，提高了遥感线阵扫描图像的拼接精度和效率。

技术领域

本发明属于遥感图像处理技术领域，特别涉及一种不完备姿轨信息的高精度异时图像拼接及校正技术。

背景技术

随着科学技术的进步和数字成像技术的迅速发展，数字成像设备也得到广泛的应用。然而，数字成像设备由于自身的物理限制，在一些特殊的应用场景中，其不能满足人们的需求，例如，在需要获取到大视场的图像时，因成像设备自身的视场宽度较窄，无法获取到全景图像。因此图像拼接技术的发展也日趋成熟起来，图像拼接技术是指将一系列有重叠的图像(可能是不同时间、不同视角或者不同传感器获得的图像)拼成一副大型的无缝高分辨率图像的技术，拼接后的图像具有比单个图像更高的分辨率和更大的视野。图像拼接技术在计算机视觉、虚拟现实、医学研究、军事侦察、卫星遥感、空间探测等领域具有广泛的应用。

对于航天器线阵推扫成像来说，其实时输出是垂直于航线方向的影像线。然而仅仅依靠一幅条带状的影像线提供的灰度信息显然是不足的。因此必须对多幅在不同时间不同空间位置拍摄的条带图像实现拼接。航天器在摄影瞬间的位置和姿态由六个因素确定，任何一个因素的变化都会造成TDICCD(即时间延迟积分CCD)条带图像间像素空间关系的变化。该变化有可能是规律的，也有可能是不规律的。对于已知的有规律的变化，其图像间的空间变换模型是稳定的，可以很容易实现TDICCD图像间的拼接。而对于不规律的变化，或者未知的变化其图像空间变化模型是未知的，甚至是不稳定的、随机的，这必然会对图像拼接造成很大的困难。因此不完备姿轨信息的高精度异时图像拼接及校正是卫星遥感图像获取中的一个关键技术。

目前，基于特征点匹配的图像拼接是一种主要针对仿射变换模型和透视变换模型的图像拼接技术，这种方法不易受图像平移、旋转、尺度缩放、光照及视角变化等因素的影响，具有配准精度高、拼接效果好等优点。但是，对于规模比较大且覆盖范围广的航天器拍摄的条带图像拼接来说，特征点的选取可能会耗费比较大的时间和计算量，严重影响图像拼接的效率。基于卫星姿态信息和轨道参数的图像粗拼接技术，在不完备姿轨信息的情况下其匹配误差较大，因此无法单独使用完成图像拼接。

针对传统方法在效率、精度上存在的局限性，本发明将开发一种高效高精度的基于不完备姿轨信息的高精度异时图像拼接及校正方法。

发明内容

本发明的目的在于结合卫星姿态信息和轨道参数的粗拼接技术和SIFT特征点匹配的校正技术，以解决传统图像拼接方法对于大范围遥感图像拼接的缺陷，提高遥感线阵扫描图像的拼接精度和效率。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

基于不完备姿轨信息的高精度异时图像拼接及校正方法，其包括以下步骤：

S1、根据陀螺仪角速度和卫星在待拼接的两幅条带图像下的姿态信息解算其相应时刻的方向余弦矩阵；

S2、根据步骤S1中得到的两个时刻对应的方向余弦矩阵，得到两幅图像相对于导航系的对应关系，也即确定原始线阵扫描图像与当前图像的大概位置对应关系；

S3、利用SIFT特征点匹配进行图像校正，确定两幅条带图像的详细位置对应关系，并完成图像拼接。

所述步骤S1具体包括以下步骤：

S11、计算载体系相对于惯性系的角速度在导航系中的投影；