基于協(xié)方差的多光譜圖像實時配準方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于協(xié)方差的多光譜圖像實時配準方法，主要解決衛(wèi)星拍攝的多光譜圖像由于未配準影響實時壓縮性能的問題，其實現(xiàn)步驟是：1.輸入?yún)⒖疾ǘ螆D像和待配準波段圖像數(shù)據(jù)；2.對輸入的數(shù)據(jù)進行采樣計算；3.對采樣后的數(shù)據(jù)進行協(xié)方差計算；4.通過計算出的協(xié)方差值確定單行偏移量；5.根據(jù)本次計算與前一次計算得到的行偏移量的差的絕對值判斷是否完成塊配準，并確定塊偏移量；6.完成對三塊參考譜段的圖像配準，并通過得到的三個塊偏移量確定最終偏移量；7.根據(jù)最終偏移量對未配準的圖像進行豎直偏移，得到多光譜圖像實時配準的最終輸出圖像。本發(fā)明具有實現(xiàn)簡單、配準精度高的優(yōu)點，可用于進行多光譜圖像壓縮前的配準計算。
【專利說明】基于協(xié)方差的多光譜圖像實時配準方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及圖像處理【技術領域】，更進一步涉及一種多光譜圖像的配準方法，可用 于各種星上多光譜數(shù)據(jù)壓縮及傳輸。

【背景技術】
[0002] 多光譜圖像是由光譜成像儀對同一地物在幾個到幾十個不同譜段上成像所獲取 的一種三維立體圖像，同時包含了地物的空間和光譜信息，目前廣泛應用于資源勘探、目標 識別、環(huán)境保護等方面。圖像配準就是將不同時間，不同傳感器或不同條件下獲取的兩幅或 多幅圖像進行匹配和疊加的過程，它已經(jīng)被廣泛的應用于遙感分析、計算機視覺、圖像處理 等領域。
[0003] 在多光譜成像中，由于受相機角度等因素的限制，對同一物體進行拍攝所得到的 不同譜段的圖像之間往往會有一定的偏移，該偏移會導致不同波段圖像間的相關性降低， 進而影響到對該組圖像的壓縮效果。
[0004] 在多光譜圖像的壓縮過程中，不同波段圖像之間的匹配程度直接關系到多光譜圖 像壓縮性能的好壞。因此，在對多光譜圖像進行壓縮之前，對圖像進行配準上的預處理，提 高不同波段圖像的對齊程度，可以明顯的提高多光譜圖像的壓縮性能。
[0005] 目前，已有功能相近的配準方法的實現(xiàn)，北京航空航天大學自動化科學與電氣工 程學院在2008年發(fā)表了一種基于圖像特征點提取及匹配的方法，采用的提取特征點信息 進行匹配的方案。文中介紹：對圖像進行sift算法特征分析，提取特征點，以基于歐氏距離 的最近鄰準則作為特征的相似度量。上述系統(tǒng)方案利用特征點信息，能很好的解決一般圖 像配準問題，但其缺點主要有以下兩個方面：一是特征點提取算法復雜度較高，不利于工程 實現(xiàn)。二是針對所要處理的多光譜灰度圖像特性，特征點無法準確的被提取，往往導致最后 結果偏移較大。
[0006] 中國科學院中國遙感衛(wèi)星地面站在2007年發(fā)表的"一種新的衛(wèi)星多光譜圖像自 動配準算法"采用了互信息、遺傳算法和MQ幾何校正模型結合的算法進行多光譜圖像的自 動配準。文中具體介紹為：以互信息作為配準的相似度度量，利用遺傳算法提高速度，利用 MQ幾何模型能夠建立幾何關系。上述系統(tǒng)方案利用互信息準則，充分利用了圖像的灰度信 息，很好的解決了多光譜圖像的配準，且性能較好，但存的缺點是算法比較復雜，統(tǒng)計圖像 灰度信息所需計算量過大，占用硬件資源過多，難以在硬件系統(tǒng)上進行實現(xiàn)，且設計較為復 雜。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于針對上述已有技術的不足，提出一種基于協(xié)方差的多光譜圖像 實時配準方法，以減小運算復雜度和硬件資源，便于在實時傳輸?shù)挠布到y(tǒng)實現(xiàn)對星上原 始未配準多光譜圖像的實時配準。
[0008] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案包括如下步驟：
[0009] (1)輸入?yún)⒖疾ǘ螆D像和待配準波段圖像數(shù)據(jù)，從參考波段圖像中找到任意一行 作為配準的起始行，在待配準圖像中通過初始預測偏移量找到對應的起始行數(shù)據(jù)，對參考 波段圖像數(shù)據(jù)和待配準波段圖像數(shù)據(jù)進行寬度調(diào)整；
[0010] (2)對輸入的兩行數(shù)據(jù)分別進行采樣計算，即按順序將每4個像素點的數(shù)據(jù)合并 為1個新的像素點的數(shù)據(jù)，得到采樣后新的灰度值X :

【權利要求】
1. 一種基于協(xié)方差的多光譜圖像實時配準方法，包括如下步驟： (1) 輸入?yún)⒖疾ǘ螆D像和待配準波段圖像數(shù)據(jù)，從參考波段圖像中找到任意一行作為 配準的起始行，在待配準圖像中通過初始預測偏移量找到對應的起始行數(shù)據(jù)，對參考波段 圖像數(shù)據(jù)和待配準波段圖像數(shù)據(jù)進行寬度調(diào)整； (2) 對輸入的兩行數(shù)據(jù)分別進行采樣計算，即按順序將每4個像素點的數(shù)據(jù)合并為1個 新的像素點的數(shù)據(jù)，得到采樣后新的灰度值X :
其中xl, x2, x3, x4分別為4個像素點的灰度值； (3) 對采樣后的兩行數(shù)據(jù)進行協(xié)方差計算，得到兩行的協(xié)方差值z :
其中N為求每行數(shù)據(jù)像素點的個數(shù),Xi為參考波段行輸入的各個像素點的灰度值，孓為 參考波段行像素的均值，yi待配準波段對應行輸入的各個像素點的灰度值，j為待配準波 段對應行像素的均值； (4) 對于同一行參考波段數(shù)據(jù)，分別計算待配準波段圖像從起始行數(shù)據(jù)開始在搜索范 圍內(nèi)的每一行與該參考行數(shù)據(jù)的協(xié)方差值，比較所有計算出的協(xié)方差，找到其中的最大值， 該最大的協(xié)方差值所對應的待配準波段圖像行即為該參考行的匹配行，其中匹配行相對參 考行的位移為該參考行偏移量； (5) 根據(jù)本次計算與前一次計算得到的行偏移量的差的絕對值判斷是否完成塊配準： 若絕對值小于等于1，則計數(shù)器加1，并記錄本次計算的行偏移量，若絕對值大于1，則計數(shù) 器清0,并清空所有記錄下的行偏移量，當計數(shù)器等于8時塊配準完成，并將塊配準完成時 所記錄的8次行偏移量的平均值作為塊的偏移量； (6) 重復（5)完成對三塊參考譜段的圖像配準，并將得到的三個塊偏移量從小到大排 列，得到最大值與中值的差α，最小值與中值的差β ;計算α與β差的絕對值Y，再將Y 與設定門限值λ相比，若Υ < λ，則對三個塊偏移量取平均值得到最終偏移量，反之，剔 除與中值相差較大的偏移量，對剩下的兩個塊偏移量取平均值得到最終偏移量，其中，λ = 2 ； (8)根據(jù)最終偏移量對未配準的圖像進行堅直偏移，在偏移后的圖像的空白部分填充 灰度值為〇的像素點，得到多光譜圖像實時配準的最終輸出圖像。
2. 根據(jù)權利要求1所述的基于協(xié)方差的多光譜圖像實時配準方法，其中步驟（1)所述 的在待配準圖像中通過初始預測偏移量找到對應的起始行數(shù)據(jù)，是根據(jù)多光譜圖像相機參 數(shù)和衛(wèi)星軌道高度計算初始預測偏移量m，在待配準波段圖像中取出相對參考波段圖像起 始行偏移為m的行數(shù)據(jù)作為待配準圖像中的起始行數(shù)據(jù)。
3. 根據(jù)權利要求1所述的基于協(xié)方差的多光譜圖像實時配準方法，其中步驟（1)所述 的對參考波段圖像數(shù)據(jù)和待配準波段圖像數(shù)據(jù)進行寬度調(diào)整，是在數(shù)據(jù)寬度小于1024時， 將數(shù)據(jù)補齊至1024,當數(shù)據(jù)寬度大于1024小于2048時，將數(shù)據(jù)補齊至2048。
4. 根據(jù)權利要求3所述的基于協(xié)方差的多光譜圖像實時配準方法，其中所述的數(shù)據(jù)補 齊，是先計算出數(shù)據(jù)實際長度與需要補齊的目標長度的差的絕對值n，再分別截取原始數(shù)據(jù) 的頭尾兩端各n/2長度的數(shù)據(jù)，將截取的數(shù)據(jù)填充至原始數(shù)據(jù)的尾部。
【文檔編號】G06T7/00GK104112278SQ201410376742
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年8月1日 優(yōu)先權日:2014年8月1日
【發(fā)明者】王柯儼, 郭杰, 程如飛, 李云松, 宋娟, 雷杰, 趙文鈺, 王麗萍 申請人:西安電子科技大學