一種基于直線和fft的sar圖像配準(zhǔn)方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于圖像處理【技術(shù)領(lǐng)域】，具體提供一種基于直線和FFT的SAR圖像配準(zhǔn)方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)配準(zhǔn)效果差及計(jì)算復(fù)雜度高的問題，其實(shí)現(xiàn)步驟為：(1)輸入兩幅SAR圖像，用邊緣擬合方法檢測(cè)這兩幅圖像中的直線；(2)對(duì)檢測(cè)出的直線按斜率差直方圖統(tǒng)計(jì)，計(jì)算旋轉(zhuǎn)參數(shù)；(3)對(duì)基準(zhǔn)圖像和旋轉(zhuǎn)后的待配準(zhǔn)圖像用傅氏變換得到傅氏變換圖；(4)利用傅里葉相位相關(guān)法計(jì)算平移參數(shù)；(5)將平移旋轉(zhuǎn)后的待配準(zhǔn)圖像與基準(zhǔn)圖像重合，完成配準(zhǔn)。本發(fā)明具有對(duì)SAR圖像的配準(zhǔn)受噪聲影響小，對(duì)線特征豐富的SAR圖像配準(zhǔn)結(jié)果穩(wěn)定且配準(zhǔn)效果更好，速度快捷，計(jì)算復(fù)雜度低的優(yōu)點(diǎn)，可用于模式識(shí)別、自動(dòng)導(dǎo)航、計(jì)算機(jī)視覺和遙感圖像的處理。
【專利說明】—種基于直線和FFT的SAR圖像配準(zhǔn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于圖像處理【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及合成孔徑雷達(dá)SAR圖像的邊緣提取及相位信息，可用于對(duì)SAR圖像的配準(zhǔn)，具體提供一種基于直線和FFT的SAR圖像配準(zhǔn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]合成孔徑雷達(dá)SAR是一種高分辨率主動(dòng)式有源微波遙感成像雷達(dá)，具有全天候、全天時(shí)、分辨率高、可側(cè)視成像等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于軍事、農(nóng)業(yè)、導(dǎo)航、地理監(jiān)視等諸多領(lǐng)域。圖像匹配可分成三大類:基于灰度相關(guān)的匹配方法、基于特征的匹配方法和基于互信息的匹配方法。
[0003]基于灰度相關(guān)的方法是一種對(duì)圖像以一定大小的狄度陣列按某種或幾種相似性度量順序進(jìn)行搜索匹配的辦法。這種匹配一旦進(jìn)入信息貧乏或圖像有較大的比例尺差異或扭曲的區(qū)域，匹配難免失敗。
[0004]基于特征的匹配算法是以往常用的方法，圖像的特征反映了圖像重要信息，以這些特征作為模型進(jìn)行匹配，局部特征有點(diǎn)、邊緣、線條、較小的區(qū)域，全局特征包括多邊形和成為結(jié)構(gòu)的復(fù)雜的圖像內(nèi)容描述。但是算法要求特征點(diǎn)應(yīng)該位于灰度變化的區(qū)域的中心，例如孤立點(diǎn)、拐角點(diǎn)等。在圖像獲取和特征提取階段的等過程會(huì)產(chǎn)生不同程度的噪聲，使得本來準(zhǔn)確的點(diǎn)特征之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系變得難以確定。
[0005]基于互信息的模板匹配算法具有匹配精度高、抗遮擋、抗隨機(jī)噪聲等優(yōu)點(diǎn)，在圖像配準(zhǔn)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，但標(biāo)準(zhǔn)互信息的計(jì)算量非常大，難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)匹配；并且，互信息測(cè)度丟失了大量的圖像空間信息會(huì)導(dǎo)致互信息最大值不唯一或最大值位置與圖像配準(zhǔn)位置不一致等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于針對(duì)已有技術(shù)的不足，提出一種基于直線和FFT的SAR圖像配準(zhǔn)方法，以提高配準(zhǔn)的速度和準(zhǔn)確度，降低算法的復(fù)雜度。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種基于直線和FFT的SAR圖像配準(zhǔn)方法，包括如下步驟:
[0008](I)讀入兩幅SAR圖像，其中，一幅是基準(zhǔn)圖像I1，另一幅是待配準(zhǔn)圖像I2，用邊緣擬合方法檢測(cè)這兩幅圖像中的直線；
[0009](2)根據(jù)邊緣擬合檢測(cè)的直線，得到兩幅SAR圖像的旋轉(zhuǎn)參數(shù)α ；
[0010](3)根據(jù)獲得的旋轉(zhuǎn)參數(shù)α，旋轉(zhuǎn)待配準(zhǔn)圖像I2，得到旋轉(zhuǎn)后的待配準(zhǔn)圖像I3 ;
[0011](4)分別對(duì)基準(zhǔn)圖像I1和旋轉(zhuǎn)后的待配準(zhǔn)圖像I3用傅氏變換法獲得傅里葉變換圖像和f2，其中，為基準(zhǔn)圖像的傅氏變換圖，f2為旋轉(zhuǎn)后的待配準(zhǔn)圖像的傅氏變換圖；
[0012](5)根據(jù)獲得的基準(zhǔn)圖像的傅氏變換圖和旋轉(zhuǎn)后的待配準(zhǔn)圖像的傅氏變換圖f2，計(jì)算基準(zhǔn)圖像I1和旋轉(zhuǎn)后的待配準(zhǔn)圖像I3的水平平移量m和垂直平移量η ;
[0013](6)根據(jù)水平平移量m和垂直平移量η，對(duì)旋轉(zhuǎn)后的待配準(zhǔn)圖像I3進(jìn)行水平移動(dòng)和垂直移動(dòng)，使其與基準(zhǔn)圖像I1重合，完成SAR圖像配準(zhǔn)。
[0014]上述步驟⑵所述的根據(jù)邊緣擬合檢測(cè)直線的結(jié)果，得到兩幅SAR圖像的旋轉(zhuǎn)參數(shù)α，按如下步驟進(jìn)行:
[0015](2a)分別對(duì)兩幅SAR圖像用canny算子提取邊緣；
[0016](2b)對(duì)兩幅SAR圖像中提取出的邊緣采用從曲線一端開始的多直線擬合方法進(jìn)行直線擬合，提取出的直線段分別表示為=MLj (j = 1，2，...，N)和SLi (i = 1，2，...，M);
[0017](2c)根據(jù)兩幅SAR圖像提取出的直線段MLj和SLi,得到每一條直線段與圖像x軸正方向的夾角和每一條直線的長(zhǎng)度，分別表示為:Μ Θ j,MWj, S Θ 1、SWp其中，M Θ P S Θ i表示直線段MLj與X軸正方向的夾角和該線段的長(zhǎng)度，S Θ pSWj表示直線段SLi與X軸正方向的夾角和該線段的長(zhǎng)度；
[0018](2d)對(duì)基準(zhǔn)圖像和待配準(zhǔn)圖像上的每一對(duì)直線段的角度差建立角度直方圖H(k)(k = -K，...，-1，0，1，...，K)，H(k)的初始值設(shè)為 O ;
[0019](2e)對(duì)每一對(duì)直線段(MLi ^SLi) ?計(jì)算角度之差:Θ ^ = M Θ」_S Θ i7若Θ ^-k Δ θ I < Λ θ/2，( Λ Θ 取0.5。)，則 H(k) = HQiHMin(MLfSWi)，其中，Min (ML^SWi)
表示取對(duì)應(yīng)線段長(zhǎng)度較小的值；
[0020](2f)找到直方圖H(k)峰值所對(duì)應(yīng)的角度，即就是兩幅SAR圖像之間的旋轉(zhuǎn)參數(shù)
α ο
[0021]上述步驟(5)所述的根據(jù)獲得的基準(zhǔn)圖像的傅氏變換F1和旋轉(zhuǎn)后的待配準(zhǔn)圖像的傅氏變換圖F2，計(jì)算基準(zhǔn)圖像^和旋轉(zhuǎn)后的待配準(zhǔn)圖像I3的水平平移量m和垂直平移量n，按如下步驟進(jìn)行:
[0022](5a)計(jì)算基準(zhǔn)圖像I1傅氏變換F1和旋轉(zhuǎn)后的待配準(zhǔn)圖像I3傅氏變換F2的互功
率譜:
【權(quán)利要求】
1.一種基于直線和FFT的SAR圖像配準(zhǔn)方法，其特征在于:包括如下步驟: (1)讀入兩幅SAR圖像，其中，一幅是基準(zhǔn)圖像I1，另一幅是待配準(zhǔn)圖像I2，用邊緣擬合方法檢測(cè)這兩幅圖像中的直線； (2)根據(jù)邊緣擬合檢測(cè)的直線，得到兩幅SAR圖像的旋轉(zhuǎn)參數(shù)α； (3)根據(jù)獲得的旋轉(zhuǎn)參數(shù)α，旋轉(zhuǎn)待配準(zhǔn)圖像I2，得到旋轉(zhuǎn)后的待配準(zhǔn)圖像I3； (4)對(duì)基準(zhǔn)圖像IJP旋轉(zhuǎn)后的待配準(zhǔn)圖像13進(jìn)行傅氏變換，分別獲得傅氏變換F1(U，V)和F2 (U，V)，其中，F(xiàn)1為基準(zhǔn)圖像I1的傅氏變換，F(xiàn)2為旋轉(zhuǎn)后的待配準(zhǔn)圖像I3的傅氏變換； (5)根據(jù)獲得的基準(zhǔn)圖像的傅氏變換F1和旋轉(zhuǎn)后的待配準(zhǔn)圖像的傅氏變換F2,計(jì)算基準(zhǔn)圖像I1和旋轉(zhuǎn)后的待配準(zhǔn)圖像I3的水平平移量m和垂直平移量η ; (6)根據(jù)水平平移量m和垂直平移量η，對(duì)旋轉(zhuǎn)后的待配準(zhǔn)圖像I3進(jìn)行水平移動(dòng)和垂直移動(dòng)，使其與基準(zhǔn)圖像I1重合，完成SAR圖像配準(zhǔn)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于直線和FFT的SAR圖像配準(zhǔn)方法，其特征在于:其中步驟⑵所述的根據(jù)邊緣擬合檢測(cè)直線的結(jié)果，得到兩幅SAR圖像的旋轉(zhuǎn)參數(shù)α，按如下步驟進(jìn)行: (2a)分別對(duì)兩幅SAR圖像用canny算子提取邊緣； (2b)對(duì)兩幅SAR圖像中提取出的邊緣采用從曲線一端開始的多直線擬合方法進(jìn)行直線擬合，提取出的直線段分別表示為=MLj (j = 1，2，...，N)和SLi (i = 1，2，...，M); (2c)根據(jù)兩幅SAR圖像提取出的直線段MLj和SLi,得到每一條直線段與圖像x軸正方向的夾角和每一條直線的長(zhǎng)度，分別表示為:Μ Θ j ,MWj, S Θ 1、SWp其中，M Θ ^sei表示直線段MLj與X軸正方向的夾角和該線段的長(zhǎng)度，S Θ pSWj表示直線段SLi與X軸正方向的夾角和該線段的長(zhǎng)度； (2d)對(duì)基準(zhǔn)圖像和待配準(zhǔn)圖像上的每一對(duì)直線段的角度差建立角度直方圖H(k) (k=-K,...,-1, O, I,..., K), H(k)的初始值設(shè)為 O ; (2e)對(duì)每一對(duì)直線段(Λ.? O SLJ，計(jì)算角度之差:θ μ = M Θ j-S QpSje jj-k Δ Θ< Λ θ/2，( Λ Θ 取0.5° )，則 H(k) = H (k)+Min(ML^SWi)，其中，Min(MLfSWi)表示取對(duì)應(yīng)線段長(zhǎng)度較小的值； (2f)找到直方圖H(k)峰值所對(duì)應(yīng)的角度，即就是兩幅SAR圖像之間的旋轉(zhuǎn)參數(shù)α。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于直線和FFT的SAR圖像配準(zhǔn)方法，其特征在于:其中步驟(5)所述的根據(jù)獲得的基準(zhǔn)圖像的傅氏變換F1和旋轉(zhuǎn)后的待配準(zhǔn)圖像的傅氏變換圖F2,計(jì)算基準(zhǔn)圖像I1和旋轉(zhuǎn)后的待配準(zhǔn)圖像I3的水平平移量m和垂直平移量η，按如下步驟進(jìn)行: (5a)計(jì)算基準(zhǔn)圖像I1傅氏變換F1和旋轉(zhuǎn)后的待配準(zhǔn)圖像I3傅氏變換F2的互功率譜:Fi(UtV)F2'(ILV) —I?.?.?) ^ _ 、、, , NF1(U1V)F;—1、中，Mu，V)為 F2 (u，v)的見,、軛； (5b)計(jì)算基準(zhǔn)圖像I1傅氏變換F1和旋轉(zhuǎn)后的待配準(zhǔn)圖像I3傅氏變換F2的互功率譜的傅里葉反變換，其峰值所在位置對(duì)應(yīng)水平平移量m和垂直平移量η。
【文檔編號(hào)】G06T7/00GK103839262SQ201410062507
【公開日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2014年2月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月24日
【發(fā)明者】王爽, 焦李成, 張楠, 劉坤, 馬文萍, 馬晶晶, 張濤, 劉闖 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)