基于分段曲面拟合的干涉合成孔径声纳复图像配准方法技术

本发明专利技术涉及一种基于分段曲面拟合的干涉合成孔径声纳复图像配准方法，其包括：根据相关系数最大原则在主图像上选取有效控制点，并记录控制点的方位向坐标、距离向坐标和偏移量；将整幅图像沿距离向划分成几段，针对每一段，利用该段内的控制点的坐标和偏移量，通过最小二乘法进行多项式曲面拟合，得到每一段的偏移量曲面；将各个分段的偏移量曲面拼接成一个整体偏移量曲面；利用偏移量对辅图像进行插值重采样，得到配准后的复图像；将主图像与配准后的辅图像共轭相乘，取相位主值得到干涉相位图，完成配准过程。本发明专利技术方法对分段曲面拟合更接近真实的地形，更能体现地形的距离空变特性，配准精度高。

Registration method of interferometric synthetic aperture sonar based on segmented surface fitting

The invention relates to a complex image registration method, interferometric synthetic aperture sonar segmentation based on surface fitting includes: according to the principle of maximum correlation coefficient to select the effective control points in the main image, and recording control point coordinate azimuth, distance to coordinate and offset; the image is divided into several sections along the distance to the. Each segment, using coordinate and offset control point of the period, for the polynomial surface fitting by least square method to get the offset surface of each section; the offset surfaces for each of the segments into a whole offset surface; the auxiliary image interpolation using offset, complex image after the registration of the auxiliary image; the main image and the conjugate multiplication after registration, the main phase from the interferogram, complete the registration process. The method of the invention is more close to the real terrain for the piecewise surface fitting, and can better reflect the distance and space change characteristics of the terrain, and the registration accuracy is high.

【技术实现步骤摘要】
基于分段曲面拟合的干涉合成孔径声纳复图像配准方法
本专利技术涉及干涉合成孔径声纳复图像配准，具体地指一种基于分段曲面拟合的干涉合成孔径声纳复图像配准方法。
技术介绍
由于干涉合成孔径声纳用于成像的两条基阵在空间位置上存在差异，导致成像后的主图像和辅图像中同一位置的像素并不对应地面上的同一回波点，所以需要对复图像进行配准。复图像配准是干涉合成孔径声纳信号处理中极其关键的步骤，高精度的复图像配准是获取高质量的干涉相位图的保证，直接关系到所生成的最终数字高程模型精度。复图像配准的流程主要包括选取控制点、曲面拟合、辅图像插值重采样、干涉处理。目前，干涉合成孔径声纳复图像配准中的曲面拟合过程主要采用整体曲面拟合的方法，但该方法也有一些不足：(1)对整幅图像进行曲面拟合，在局部地形变化明显的时候，拟合误差就会较大；(2)当场景比较大时，地形的空变特性较为明显，此时用整体曲面拟合误差就会更大。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决传统的基于整体曲面拟合的复图像配准方法配准精度低的问题，提出一种基于分段曲面拟合的干涉合成孔径声纳复图像配准方法，该方法能够对大场景特别是高低起伏较明显的地形有较高的配准精度。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：将整幅图像沿距离向划分成若干段，对于每一段，利用该段内的控制点的坐标和偏移量，通过最小二乘法进行多项式曲面拟合，得到每一段的偏移量曲面；将得到的每一段的偏移量曲面拼接成一个整体偏移量曲面；利用偏移量对辅图像进行插值重采样，得到配准后的辅图像；将主图像与配准后的辅图像共轭相乘，取相位主值得到干涉相位图，完成配准过程。使用本专利技术方法能够对大场景特别是地形高低起伏较大时有较高的配准精度，且算法简单、高效。附图说明图1是本专利技术基于分段曲面拟合的干涉合成孔径声纳复图像配准方法的流程示意图。图2是分段方法示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明。如图1所示，本专利技术基于分段曲面拟合的干涉合成孔径声纳复图像配准方法包括：(1)将整幅图像在距离向上等分为N块，在方位向上等分为M块，共N*M子图像块，N和M具体的大小与方位向采样点数和距离向采样点数以及分块数目有关，例如每块像素数为100×100。对于每一个子图像块，按照一定的窗口大小计算每个点的相关系数其中u是主图像，v是辅图像，表示v的共轭，i,j为下标索引。(2)选取每个子图像块中相关系数最大的点作为控制点，并记录其坐标位置(距离向坐标、方位向坐标)和偏移量，根据相关系数最大原则在每块中选取一个控制点，这样控制点符合均匀分布。然后经过粗配准和精配准两个过程，获取每个控制点的坐标和子像素级的偏移量，其中粗选取是按照整数个像素点滑动窗口，获得的偏移量是整数；精选取是在粗选取的基础上，对控制点周围的一个像素进行插值，以1/10像素滑动窗口，得到子像素级的偏移量。(3)将整幅图像沿距离向划分成若干段，对于每一段，利用该段内的控制点的坐标和偏移量，通过最小二乘法进行多项式曲面拟合，得到每一段的偏移量曲面。本实施例在左右相邻两个分段线处，设定一部分重叠像素，在拼接时，重叠部分的像素值是以左右两个分段曲面的加权线性组合来计算，以保证拼接后的曲面在分段线处是连续的。具体操作如下：如图2所示，分段线a左侧为第一段，分段线a与分段线b之间为第二段，分段线b与分段线c之间为第三段，分段线c右侧为第四段。在左右相邻的两段分界线两边各设一定像素的重叠区域，比如100个像素，本实施例中将第一段的右端边线(分段线a)向右扩展100个像素，扩展后的区域作为第一段的范围，统计落在该范围内的控制点，进行曲面拟合。对于第2段，左端(分段线a)向左扩展100个像素，右端(分段线b)向右扩展100个像素，进行曲面拟合。同样第3段、第4段依次类推，直到完成所有的分段的曲面拟合。(4)将各分段拟合的结果拼接成一个整体的曲面。拼接时，关键是处理好重叠区域像素点的值，对于重叠区域的像素点，可以采用加权线性组合的形式计算。例如图2中的A点，计算方法为f(A)＝d1f1(A)+d2f2(A)，式中f(A)表示A点在拼接后的整体曲面中的值，f1(A)表示A点在第1段拟合曲面中的值，f2(A)表示A点在第2段拟合曲面中的值，d1和d2是归一化权重，d1＝r2/l1，d2＝r1/l1，l1是重叠区域的宽度(像素数)，r1是A点到其所在的重叠区域左边界的距离(像素数)，r2是A点到其所在的重叠区域右边界的距离(像素数)。d1表示A点到第1段右边界的距离(像素点数)占重合部分宽度(像素点数)的比例，d2表示A点到第2段左边界的距离(像素点数)占重合部分宽度(像素点数)的比例。(5)由于偏移量不是整数个像素，所以要对辅图像进行插值以获取子像素级偏移量处的值，本实施例选用sinc插值，对整个图像中每个像素点进行sinc插值重采样后就得到了配准后的辅图像。(6)将主图像和插值后的辅图像进行干涉处理，即共轭相乘，然后求相位主值，就得到干涉相位图，完成复图像配准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于分段曲面拟合的干涉合成孔径声纳复图像配准方法，其特征在于，包括：将整幅图像沿距离向划分成若干段，对于每一段，利用该段内的控制点的坐标和偏移量，通过最小二乘法进行多项式曲面拟合，得到每一段的偏移量曲面；将得到的每一段的偏移量曲面拼接成一个整体偏移量曲面；利用偏移量对辅图像进行插值重采样，得到配准后的辅图像；将主图像与配准后的辅图像共轭相乘，取相位主值得到干涉相位图，完成配准过程。

【技术特征摘要】
1.一种基于分段曲面拟合的干涉合成孔径声纳复图像配准方法，其特征在于，包括：将整幅图像沿距离向划分成若干段，对于每一段，利用该段内的控制点的坐标和偏移量，通过最小二乘法进行多项式曲面拟合，得到每一段的偏移量曲面；将得到的每一段的偏移量曲面拼接成一个整体偏移量曲面；利用偏移量对辅图像进行插值重采样，得到配准后的辅图像；将主图像与配准后的辅图像共轭相乘，取相位主值得到干涉相位图，完成配准过程。2.根据权利要求1所述基于分段曲面拟合的干涉合成孔径声纳复图像配准方法，其特征在于：所述控制点的坐标和偏移量通过以下步骤获得：首先将整幅图像在距离向和方位向上分成若干小块，根据相关系数最大原则在每块中选取一个控制点；然后经过粗配准和精配准两个过程，获取每个控制点的坐标和子像素级的偏移量，粗选取是按照整数...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐劲松，黄攀，徐魁，钟何平，张森，田振，丘昌镇，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42