[发明专利]一种基于多层次策略的光学与SAR影像高精度配准方法

摘要

本发明提供一种基于多层次策略的光学与SAR影像高精度配准方法。该方法首先根据直线段间的几何关系寻找所有的候选匹配直线及其交点，再根据交点间的拓扑关系，剔除误匹配。通过这种逐步求精的多层次匹配策略既保证算法的有效性又具备较高的匹配精度。

主权项

一种基于多层次策略的光学与SAR影像高精度配准方法，其特征在于：包括以下步骤；步骤1：人工选择3个以上的同名点或同名线对，对影像进行人工匹配；步骤2：分别对待配准影像和参考影像提取直线段；步骤3：对提取的直线段，按照准则生成线对及对应的交点；步骤4：对生成的交点，根据直线段间的几何关系，寻找候选匹配点对；步骤5：根据点对间的拓扑关系，依次迭代剔除具有最大匹配误差的点对，直到最终匹配点对满足“一一对应”且拓扑关系一致，从而获取最优匹配子集；步骤6：根据步骤5得到的最优匹配子集中的匹配点计算变换参数；步骤7：利用基于信息熵的改进的Harris算子在基准影像上提取均匀分布的密集特征点，在待配准影像上采用模板匹配的方法获取精确的同名点，相似测度采用相位一致性直方图HOPC‑Histogram of Phase Congruency；最终利用二次多项式模型进行变换，实现影像间的高精度配准；所述步骤2具体包括以下步骤；步骤2.1：对参考影像进行直线段的提取，若影像为光学影像或红外影像，采用直线段检测器LSD方法；若影像为SAR影像，先采用基于高斯伽马型双边窗口算子检测边缘，再采用Hough变换提取直线特征；步骤2.2：对待配准影像进行直线段提取，若影像为光学影像或红外影像，采用直线段检测器LSD方法；若影像为SAR影像，先采用基于高斯伽马型双边窗口算子检测边缘，再采用Hough变换提取直线特征；所述步骤3中生成线对及对应的交点具体包括以下步骤；步骤3.1：对提取的直线对进行处理，生成稳健的直线交点用于下一步匹配；为了获取稳健的直线交点，采用以下规则：1)先对直线段进行过滤，去除长度小于阈值dlength的直线段；2)对所有直线段按长度大小进行排列，从最长的直线段起统计斜率相近的线段，并计算线段间的距离，若两条直线段间的距离小于阈值ddistance，则认为两条直线段属于同一条直线，删除长度较短的直线，只保留同一方向上最长的直线段；3)在提取的直线段组合中，对直线夹角小于30度的线段不予考虑作为生成交点的线段；步骤3.2：对于提取出的直线段，其夹角或者延长线夹角大于30度的组成线对，并生成交点；对每组直线对及其交点表示为：{li,lj,pij,θij}其中，li和lj表示组成线对的两条直线，pij表示直线对的交点，θij表示直线对间的夹角；所述步骤7包括以下步骤；步骤7.1：将基准影像分割为N*Y块区域，每块区域以图像的信息熵为控制特征点分布的特征，以获取均匀分布的特征点；每块区域内提取的特征点的个数为：ni=Nsum×EiΣiEi---(6)]]>E=Σj=0JH(pj)=-Σj=0Jpjlog(pj)---(7)]]>式中，ni是图像空间中第i个图像块中分配的特征点数；Nsum为整幅影像上准备提取的特征点个数；Ei是图像空间中第i个图像块的信息熵；j是图像所包含的灰度级，pj表示整幅图像中灰度为j的像素出现的概率，J表示图像包含的最大的灰度级；步骤7.2：模板匹配：对于每个特征点，模板窗口设置为100*100像素，搜索窗口设置为11*11像素，通过模板匹配的方法在待配准影像上搜索与当前像素最为匹配的像素点；具体过程包括：首先，对特征点进行HOPC描述后，以两个描述符间的NCC度量二者的相似性，其公式为：HOPCNCC=Σk=1n(VA(k)-V‾A)(VB(k)-V‾B)Σk=1n(VA(k)-V‾A)2Σk=1n(VB(k)-V‾B)2---(23)]]>其中，VA和VB分别表示特征点A和B的HOPC描述符，和分别表示模板A和B的HOPC描述符平均值；n为搜索窗口像素数量；利用HOPC‑NCC作为相似性度量的影像精匹配过程具体方法为：1)影像粗配准后，确定参考影像与目标影像的重叠范围：为了获取均匀分布的密集特征点，将重叠区域划分为N*Y个互不重叠的子块，确定每块待提取特征点的个数；在每个子块内对光学影像计算每个像点的Harris强度值，按从大到小的顺序排列，选取候选特征点；2)在待配准影像的一个有限窗口内搜索同名匹配点；对于每个特征点，模板窗口设置为101*101个像素，以HOPC‑NCC作为相似性测度，通过模板匹配的方法在SAR影像上搜索与之最匹配的像素点；3)HOPC‑NCC在(X,Y)处取得峰值，在以(X,Y)为中心的邻近区域内拟合HOPC‑NCC，并计算最大值，即获取子像素级的配准精度；4)利用迭代误差剔除方法剔除可能存在的误匹配点对，直到匹配精度小于一个像素；步骤7.3：二次多项式模型变换：根据最终获取的均匀分布的同名点对计算二次多项式变换参数，并对待配准影像进行纠正。