[发明专利]基于GPU和金字塔互信息的SAR图像配准方法

摘要

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。

主权项

1.基于GPU和金字塔互信息的SAR图像配准方法，包括：(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：所述GPU对两幅原始SAR图像分别进行1/4下采样，是使用GPU统一设备计算架构CUDA进行，步骤如下：(1a)GPU获取第一幅金字塔顶层图像D₁₁：(1a1)根据第一幅原始SAR图像的宽W₁和高H₁，在GPU显存中开辟宽为高为的第一金字塔顶层二维数组α₁，其中表示向下取整，ceil₄表示向上取整为4的倍数；(1a2)GPU分配32×32个线程块；每个线程块再分配个线程，使第一金字塔顶层二维数组α₁中所有索引(x₁,y₁)满足且满足的元素分别对应一个GPU线程，其中表示向上取整；(1a3)利用第一金字塔顶层二维数组α₁中元素(x₁,y₁)对应的线程，将该元素赋值为第一幅原始SAR图像中(4x₁,4y₁)坐标处的像素值，此时第一金字塔顶层二维数组α₁即存储着第一幅金字塔顶层图像D₁₁；(1b)GPU获取第二幅金字塔顶层图像D₁₂：(1b1)根据第二幅原始SAR图像的宽W₂和高H₂，在GPU显存中开辟宽为高为的第二金字塔顶层二维数组β₁；(1b2)GPU分配32×32个线程块，每个线程块再分配个线程；使第二金字塔顶层二维数组β₁中所有索引(x₁',y₁')满足和的元素分别对应一个GPU线程；(1b3)利用第二金字塔顶层二维数组β₁中元素(x₁',y₁')对应的线程，将该元素赋值为第二幅原始SAR图像(4x₁',4y₁')坐标的像素值，此时第二金字塔顶层二维数组β₁即存储着第一幅金字塔顶层图像D₁₂；(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：(4a)GPU在步骤(3)确定的移动范围内选取一个移动矢量并移动第二幅金字塔中间层图像D₂₂，生成第一幅金字塔中间层共有区域图像D₂₁'和第二幅金字塔中间层共有区域图像D₂₂'，再计算这两幅图像的互信息MI₂；(4b)在步骤(3)确定的移动范围内遍历选取新的移动矢量，重复(4a)，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第二幅金字塔中间层图像D₂₂的移动位置；(5)CPU根据步骤(4b)保存的第二幅金字塔中间层图像D₂₂移动位置，确定第二幅原始SAR图像的移动范围，并在内存开辟一块空间F用于存储金字塔底层互信息值和移动矢量，初始化空间F的互信息值为单精度浮点负无穷；(6)计算金字塔底层最大互信息对应第二幅原始SAR图像的移动位置：(6a)GPU在步骤(5)确定的移动范围内选取一个移动矢量并移动第二幅原始SAR图像，生成第一幅金字塔底层共有区域图像D₃₁'和第二幅金字塔底层共有区域图像D₃₂'，再计算这两幅图像的互信息MI₃；(6b)CPU将互信息MI₃与空间F中存储的互信息值进行比较：如果互信息MI₃比空间F存储的互信息值大，则更改空间F存储的互信息值为MI₃，同时更改空间F存储的移动矢量，否则，不进行任何操作；(6c)在步骤(5)确定的移动范围内遍历选取新的移动矢量，重复(6a)和(6b)；空间F存储的互信息值即为金字塔底层最大互信息值MI，取出空间F保存的移动矢量，GPU根据该移动矢量再次移动第二幅原始SAR图像，得到配准后图像D。