專利名稱：一種基于直線段的圖像幾何校正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像幾何校正的方法，可應用于遙感、攝影測量、測繪、圖像處理、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、氣象、生態(tài)環(huán)境以及國防軍事等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
長期以來，衛(wèi)星遙感 影像的幾何糾正主要是利用控制點信息，采用一般多項式擬合、有理函數(shù)模型、共線方程模型、直接線性變換模型、嚴密投影仿射變換模型等方法，且為了達到較好的精度，需滿足地面控制點充足、分布良好、坐標精確的條件。然而，由于各種條件的限制，數(shù)量充足且分布均勻的的控制點通常難以獲取。在沙漠、海洋、邊境、境外等地區(qū)，由于地面特征不明顯、人員無法到達或?qū)崟r定位，地面控制點的獲取往往遇到困難甚至無法實現(xiàn)。此外，某些地區(qū)缺乏明顯的地物特征，控制點的選取非常困難。事實上，造成控制點不足的原因有時并不完全是缺乏控制資料，而是在線狀地物(如道路)上沒有明顯的特征點，無法提取出控制點。因此，如果能夠有效地利用直線特征來進行遙感影像的幾何校正，便有可能在缺少明顯特征點的地區(qū)實現(xiàn)滿足精度要求的幾何定位。此外，多源數(shù)據(jù)涉及不同時相、不同分辨率及不同波段影像的配準，傳統(tǒng)的基于灰度的影像匹配方法很難滿足要求。而線特征較點特征更容易提取，受分辨率和灰度的影響較小。相比點特征，直線特征在遙感影像的應用中主要有以下幾方面的特點: 特征直線的自動提取比特征點的自動提取相對容易。 高級別幾何特征具有更多的多余觀測量，有利于粗差的檢測和剔除。自動檢測的直線特征比自動檢測的點特征更加穩(wěn)定，抗噪性更好。 自然和人工環(huán)境中含有大量的直線特征，直線特征可以從已有的地形圖、GIS數(shù)據(jù)庫、地面移動測圖系統(tǒng)等渠道直接獲取。 直線參數(shù)可以獲得子像元級別的精度。 基于直線特征的影像配準不受成像時間、空間分辨率、波段等的影響。 當應用于高級別的任務(wù)(如目標識別)時，直線特征比點特征更具有實用性。盡管關(guān)于直線特征的研究已經(jīng)有很多，然而現(xiàn)有的方法在精確性和穩(wěn)定性方面還不是很好，尚未廣泛投入到工程應用中。本發(fā)明提出一種基于直線段的、不受傳感器成像模型限制的圖像幾何校正方法，可以穩(wěn)定準確的進行圖像的幾何校正，具有很強的適用性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種圖像幾何校正方法，可以充分利用控制資料中的直線特征進行圖像的高精度幾何校正，校正精度高，實用性強。本發(fā)明基于直線段的圖像幾何校正方法，其特征在于步驟如下:(I)分別在待校正圖像和參考圖像上選取同名直線段；(2)選擇基于點的幾何校正模型，并設(shè)置模型參數(shù)的初始值；
(3)利用基于點的幾何模型計算步驟(I)得到的參考圖像上的所有直線段在待校正圖像上的投影直線段；(4)將步驟⑴得到的待校正圖像上的所有直線段及步驟(3)中得到的投影直線段用六參數(shù)法表示；(5)計算待校正圖像上各直線段與其對應的投影直線段的距離，建立誤差方程；(6)聯(lián)立所有誤差方程,用Levenberg-Marquardt方法更新幾何校正模型的各參數(shù)；

(7)如果幾何校正模型參數(shù)的變化量小于閾值，則進行步驟⑶；否則，轉(zhuǎn)到步驟
(3)；(8)使用得到的幾何模型參數(shù)對待校正圖像進行幾何變換和重采樣，得到校正后的圖像。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于:本發(fā)明可以充分利用參考資料中的直線特征，使幾何校正不受制于特征點的選?。环椒ㄟm用于所有的成像模型，具有普適性；不要求同名直線段的起點和終點一一對應，降低了控制資料選取的難度；直線段的約束條件強，校正精度高。


圖1是本發(fā)明的主流程示意2參考圖像直線段在待校正圖像上的投影直線的示意圖
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明方法的主要步驟如下:1.分別在待校正圖像和參考圖像上選取同名直線段從待校正圖像和參考圖像上選取N對同名直線段，各同名直線段在待校正圖像上的直線段為I1: {xly{^yl2)(I)其中:i為同名直線段的序號，i = 1，2，…，N;(對, / )為待校正圖像上第i條直線段第一個端點的像方平面坐標；(略的)為待校正圖像上第i條直線段第二個端點的像方平面坐標。各同名直線段在參考圖像上的直線段為L1: (X{,Y{,Z{,XIYJ,Z^)(2)其中:i為同名直線段的序號，i = 1，2，…，N;(Χ ，1 ,Ζ{)為參考圖像上第i條直線段第一個端點的物方空間坐標；($, ,馮)為參考圖像上第i條直線段第二個端點的物方空間坐標。2.選擇幾何校正模型并初始化模型參數(shù)幾何校正模型用來建立像方平面點和物方空間點的對應關(guān)系，常用的幾何校正模型有共線方程、仿射變換模型、多項式模型和有理函數(shù)模型等，方程(3)是這些模型的通用形式，表I則顯示了方程(3)是如何表示各種幾何校正模型的。
權(quán)利要求
1.一種基于直線段的圖像幾何校正方法，其步驟為: (1)分別在待校正圖像和參考圖像上選取同名直線段； (2)選擇基于點的幾何校正模型，并設(shè)置模型參數(shù)的初始值； (3)利用基于點的幾何校正模型計算步驟(I)得到的參考圖像上的所有直線段在待校正圖像上的投影直線段； (4)將步驟(I)得到的待校正圖像上的所有直線段及步驟(3)中得到的投影直線段用六參數(shù)法表不； (5)計算待校正圖像上各直線段與其對應的投影直線段的距離，建立誤差方程； (6)聯(lián)立所有誤差方程,用Levenberg-Marquardt方法更新幾何校正模型的各參數(shù)； (7)如果幾何校正模型參數(shù)的變化量小于閾值，則進行步驟(8);否則，轉(zhuǎn)到步驟(3)； (8)使用得到的幾何模型參數(shù)對待校正圖像進行幾何變換和重采樣，得到校正后的圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于直線段的圖像幾何校正方法，其特征在于:所述步驟(4)中的六參數(shù)法，其具體計算方式為: 一條平面直線可以表示為[數(shù)學式I]的形式:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于直線段的圖像幾何校正方法，其特征在于:所述步驟(5)中建立誤差方程的方法為: (1)直線段I到直線段Γ的距離 根據(jù)權(quán)利要求2所述的六參數(shù)表示法，直線段I和直線段I'可以分別表示為I = (χ1；y17 x2，y2，P，θ )τ 和 I' = (X, ι i' p X' 2，ι' 2，P '，θ ' )τ; 直線段I到直線段Γ的距離通過直線段兩個端點到直線段Γ的距離來計算: IlMrII1 = A2+^22 [數(shù)學式2] 其中:||1，Γ 111表示直線段I到直線段Γ的距離，屯和七由[數(shù)學式3]給出；
全文摘要
一種基于直線段的圖像幾何校正方法，具有如下優(yōu)點可以充分利用參考資料中的直線特征，使幾何校正不受制于特征點的選取。方法適用于所有的成像模型，具有普適性；不要求同名直線段的起點和終點一一對應，降低了控制資料選取的難度；直線段的約束條件強，校正精度高。此外，多源數(shù)據(jù)涉及不同時相、不同分辨率及不同波段影像的配準，傳統(tǒng)的基于灰度的影像匹配方法很難滿足要求。而直線段較點特征更容易提取，受分辨率和灰度的影響較小。
文檔編號G06T7/00GK103177441SQ20131002593
公開日2013年6月26日 申請日期2013年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月24日
發(fā)明者龍騰飛, 焦偉利 申請人:中國科學院對地觀測與數(shù)字地球科學中心