一种中波红外-可见光多光谱影像快速生成方法技术

本发明专利技术提供一种基于中波红外‑可见光多光谱影像快速生成方法，首先，对中波红外影像利用基于倾斜影像纠正的逼进投影变换拼接过程进行快速拼接；快速拼接完成后，以可见光正射影像为基准，对快速拼接后的中波红外影像进行精化配准，快速生成中波红外‑可见光多光谱影像；所述基于倾斜影像纠正的逼进投影变换拼接过程，实现方式为，首先针对中外红影像进行倾斜角纠正，解决在摆扫过程中由于视角的不断变化造成的图像变形；然后进行SIFT特征提取与匹配，利用RANSAC去除误匹配，计算全局单应矩阵，最后分块计算MDLT中的权矩阵并对每一个分块做相应的单应矩阵变换，实现获取大场景的中波红外影像。

A Fast Generation Method of Mid-Wave Infrared-Visible Multispectral Images

The invention provides a fast generation method based on mid-wave infrared and visible multi-spectral images. Firstly, the mid-wave infrared images are mosaic rapidly by using an approximate projection transformation mosaic process based on tilt image correction; after the fast mosaic is completed, the fast mosaic mid-wave infrared images are refined and registered based on the visible orthophoto quickly generate mid-wave infrared images. Visible multi-spectral images; the proposed approach of projection transformation mosaic based on tilt image correction is to correct the tilt angle of Chinese and foreign red images to solve the image distortion caused by the changing angle of view in the sweeping process; then to extract and match SIFT features, remove mismatches by using RANSAC, calculate the global homography matrix, and finally divide them into blocks. The weight matrix in MDLT is calculated and the corresponding homography matrix transformation is made for each block to achieve the acquisition of medium-wave infrared images of large scenes.

【技术实现步骤摘要】
一种中波红外-可见光多光谱影像快速生成方法
本专利技术涉及中波红外-可见光多光谱影像快速生成方法，属于遥感测绘领域。
技术介绍
中波红外波段(3μm～5μm)是远距离探测的大气窗口，具有独特的成像优势，可以解决低能见度及夜晚情况下遥感影像获取难题，同时可以用于检测地面高温目标，因此被广泛用于军事、遥感、计算机视觉以及灾害应急响应等领域。中波红外与可见光成像技术从不同侧面反映了地物的辐射信息，中波红外可以弥补和提升可见光波段影像的目标识别和特征提取能力，改善地物分类和影像解译精度，并且中波红外的低能见度突破和夜间成像能力可以拓展遥感监测的应用范围与条件。但是由于中波红外相机面幅较小，国内市场最大面阵中波红外相机仅有640*512大小，难以单独使用中波红外相机快速的生成高分辨率的中波红外正射影像。当前，中波红外和可见光皆采用垂直下视成像，然后分别处理生成各个波段的正射影像，最后组合成中波红外-可见光多光谱影像，所述中波红外-可见光多光谱影像包括可见光3个波段和中红外1个波段。但是，小面阵的中波红外相机的垂直拍摄方式限制了中波红外影像的采集效率，因此本专利技术提出采用摆扫方式采集中波红外影像，大大的提高了中波红外影像的获取效率。但是，中波红外相机摆扫成像方式对影像的后续处理提出了新的挑战，当前的摄影测量软件无法处理小面阵的摆扫影像，处理难点在于难以通过空中三角测量获得中波红外高精度的内外参数。因此，目前本领域需要一种大场景的中波红外-可见光多光谱影像的快速生成方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中缺点，即中波红外和可见光皆采用垂直下视成像，小面阵中波红外相机的垂直拍摄方式限制中波红外影像的采集效率，只适用于小范围的场景的多光谱影像生成。本专利技术针对现有技术采集效率有限的缺点，从小面阵影像的成像特点出发，以影像拼接和配准为关键技术，采用摆扫方式采集中波红外影像，大大的提高了中波红外影像的获取效率。由于摆扫成像生成方法，涉及到大场景中波红外影像快速拼接和中波红外-可见光精确配准两个使得中波红外影像之间具有大仿射变形，并且降低了航带内的两个相邻摆扫周期的中波红外的影像重叠度，增加了中波红外影像处理的难度，处理难点在于中波红外的空中三角测量，无法得到中波红外影像的精确内外参数。因此本专利技术通过规避中波红外的空中三角测量处理，以影像拼接和配准为技术基础，专利技术了一种中波红外-可见光多光谱影像快速技术点。要实现以上特点，本专利技术需要克服的技术难点如下：1)中波红外影像的快速拼接。中红外航空遥感成像系统采用面阵相机摆扫方案，扩大视场提高效率。传统拼接算法以一个单应性矩阵对齐图像，会因为视差问题往往会出现鬼影、模糊等现象，适合没有视差或极小视差的场景。2)图像或数据类别差异大(如光学与SAR影像)、波段差异大(如可见光与中波红外影像)等情况下的影像高精度、自动配准技术的实现。由于不同传感器的成像机理不同，获取影像的时间、角度、环境也不同，多模态影像的配准研究领域中还存在着很多的困难。3)配准精度无法达到像素级。传统的遥感影像配准工作量大、自动化程度低。一般的基于灰度的配准方法(如相关函数)无法成功实现配准。基于特征的配准方法也面临着特征重复性探测和模态不变特征描述两方面的挑战。基于统计依赖性的区域配准方法适用于多模态影像配准但配准精度无法达到像素级，且均未顾及影像的梯度信息。本专利技术提供一种基于中波红外-可见光多光谱影像快速生成方法，所述中波红外影像通过中红外相机摆扫成像的方式获取，首先，对中波红外影像利用基于倾斜影像纠正的逼进投影变换拼接过程进行快速拼接；快速拼接完成后，以可见光正射影像为基准，对快速拼接后的中波红外影像进行精化配准，快速生成中波红外-可见光多光谱影像；所述基于倾斜影像纠正的逼进投影变换拼接过程，实现方式为，首先针对中波红外影像进行倾斜角纠正，解决在摆扫过程中由于视角的不断变化造成的图像变形；然后进行SIFT特征提取与匹配，利用RANSAC去除误匹配，计算全局单应矩阵，最后分块计算MDLT中的权矩阵并对每一个分块做相应的单应矩阵变换，实现获取大场景的中波红外影像。而且，对中波红外影像进行倾斜角纠正，实现方式为，根据飞行设计的航高和POS系统提供的影像外参数，通过共线条件方程将影像4个顶点投影到地面，获取投影四边形；求得投影四边形的矩形凸包，将矩形凸包看作一个像平面，根据垂直影像的地面分辨率划分凸包格网，并计算投影四边形的4个顶点在凸包格网中的坐标；根据4个投影四边形的顶点在凸包中的坐标与顶点在原始影像中的坐标，计算凸包平面和影像平面的单应矩阵H，根据单应矩阵H采用反解法微分纠正将影像重采样到矩形凸包上。而且，对快速拼接后的中波红外影像进行精化配准采用顾及灰度和梯度信息的多模态影像配准方式，顾及灰度和梯度信息的多模态影像配准方式综合马尔科夫随机场和B样条插值策略，通过最小化关于灰度和梯度信息的能量函数来估计最佳变换。因此，本专利技术的关键点是：1)对中波红外影像进行基于倾斜影像纠正的逼近投影变换拼接算法实现快速拼接；2)在快速拼接的基础上，充分利用多模态影像的图像信息进行相似性测量，同时考虑了灰度及梯度统计信息；3)有效地利用可见光正射影像，利用配准快速生成中波红外波段的多光谱图像。本专利技术的特点是：1)本专利技术以可见光正射影像为基准，中波红外采用摆扫成像方式，提高了中波红外的采集效率；采用中波红外影像快速拼接和精化配准方案，规避了摆扫中波红外的空中三角测量难题，大大提高了大场景的中波红外-可见光多光谱影像生成速度。2)本专利技术充分考虑中波红外摆扫成像的特点，研究了一种基于倾斜影像纠正的逼近投影变换拼接算法，能减弱因为这种不同角度拍摄而造成的几何变形并且能有效克服鬼影、模糊等现象。3)在基于倾斜影像纠正的逼近投影变换拼接算法基础上，本专利技术的配准模型同时考虑了多模态影像的灰度及梯度统计信息。多模态影像的地物边缘属于几何特征，具有一定的相似性和不变性，梯度信息能很好地表示影像的边缘特征，从而使影像配准结果更加准确；同时优化了空间加权函数。能较好地完成中波红外-可见光影像的精化配准，且配准精度达到像素级。附图说明图1为本专利技术实施例的流程示意图；图2为本专利技术实施例的中波红外影像拼接流程图图3为本专利技术实施例的多模态影像配准流程图。具体实施方式以下结合附图和实施例详细说明本专利技术技术方案。本专利技术了一种中波红外-可见光多光谱影像快速生成方法，且满足空间精度的要求。以可见光正射影像为基准，对快速拼接后的中波红外影像进行精化配准，快速生成中波红外-可见光多光谱影像。充分利用多模态影像的图像信息进行相似性测量，并采用基于马尔科夫随机场(MRF)的非参数化配准模型，配准变换满足微分同胚保持影像的拓扑结构。模型上同时考虑了灰度及梯度统计信息，求解方法上对值空间进行离散化，提高收敛速度。参见图1，本专利技术实施例对中波红外影像利用基于倾斜影像纠正的逼进投影变换拼接算法进行快速拼接；以可见光正射影像为基准，对快速拼接后的中波红外影像进行精化配准，快速生成中波红外-可见光多光谱影像。本专利技术的顾及灰度和梯度信息的多模态影像配准算法是马尔科夫随机场(MRF)和B样条插值策略的综合。算法的整体框架是马尔可夫随机场(MRF)模型，通过最小化能量函数来估计本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于中波红外‑可见光多光谱影像快速生成方法，所述中波红外影像通过中红外相机摆扫成像的方式获取，其特征在于：首先，对中波红外影像利用基于倾斜影像纠正的逼进投影变换拼接过程进行快速拼接；快速拼接完成后，以可见光正射影像为基准，对快速拼接后的中波红外影像进行精化配准，快速生成中波红外‑可见光多光谱影像；所述基于倾斜影像纠正的逼进投影变换拼接过程，实现方式为，首先针对中波红外影像进行倾斜角纠正，解决在摆扫过程中由于视角的不断变化造成的图像变形；然后进行SIFT特征提取与匹配，利用RANSAC去除误匹配，计算全局单应矩阵，最后分块计算MDLT中的权矩阵并对每一个分块做相应的单应矩阵变换，实现获取大场景的中波红外影像。

【技术特征摘要】
1.一种基于中波红外-可见光多光谱影像快速生成方法，所述中波红外影像通过中红外相机摆扫成像的方式获取，其特征在于：首先，对中波红外影像利用基于倾斜影像纠正的逼进投影变换拼接过程进行快速拼接；快速拼接完成后，以可见光正射影像为基准，对快速拼接后的中波红外影像进行精化配准，快速生成中波红外-可见光多光谱影像；所述基于倾斜影像纠正的逼进投影变换拼接过程，实现方式为，首先针对中波红外影像进行倾斜角纠正，解决在摆扫过程中由于视角的不断变化造成的图像变形；然后进行SIFT特征提取与匹配，利用RANSAC去除误匹配，计算全局单应矩阵，最后分块计算MDLT中的权矩阵并对每一个分块做相应的单应矩阵变换，实现获取大场景的中波红外影像。2.根据权利要求1所述基于中波红外-可见光多光谱影像快速生成方法，其特征在于：对中波红外影像进...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈长军，闫利，王紫琦，叶志云，赵展，夏旺，蒋文利，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42