基于等效偏移角稀疏测量的序贯观测图像几何校正方法技术

本发明专利技术公开了一种基于等效偏移角稀疏测量的序贯观测图像几何校正方法，从序贯观测图像中随机挑选少量成像条件较好的图像作为测量提取的地面控制点来解算等效偏移角，将解算得到的等效偏移角作为测量点，使用压缩感知理论来恢复全时段的等效偏移角信号，从而完成几何校正处理。本发明专利技术可有效应对某些图像场景控制点数量不足或分布不均的情况，提高校正精度，同时可大大降低运算量。同时可大大降低运算量。同时可大大降低运算量。

【技术实现步骤摘要】
基于等效偏移角稀疏测量的序贯观测图像几何校正方法


[0001]本专利技术涉及图像处理
，特别是一种基于等效偏移角稀疏测量的序贯观测图像几何校正方法。

技术介绍

[0002]随着航天技术突飞猛进的发展与传感器性能的不断提升，对地观测平台呈现出“三多”(多平台、多传感器、多视角)和“四高”(高时间分辨、高空间分辨、高光谱分辨和高辐射分辨)的发展趋势，全天时、全天候、全区域覆盖的总体要求，为对地观测系统带来了一系列的新变化：观测平台数量急剧增多，时段要求全天时、全天候；观测图像场景被遮挡，轮廓变化较大，提取精度不高；部分红外波段的观测图像纹理特征不明显。这些新变化说明当前对地观测系统获取了更多的观测图像数据，且部分图像场景的观测条件较差，这对几何校正方法的效率以及对控制点数量、分布的要求都提出了新的挑战。
[0003]一般情况下，传统几何校正方法可以通过复杂的运算对观测的序贯图像逐帧提取足够多且分布均匀的地面控制点解算校正参数。但当受到面阵相机观测视场、波段特性(红外波段)或观测场景(沙漠、海洋等纹理特征较弱的区域)等限制时，导致图像场景中包含的地面控制点数量不足或分布不均，传统几何校正方法精度受到影响甚至是失效。传统的几何校正方法采用逐帧处理模式，需先从待处理图像中提取足够高精度的控制点，再进行校正参数解算和图像校正，但受限于校正模型和解算方法，存在如下缺点：
[0004](1)对于序列图像的几何校正参数需逐帧求解，不同帧无法复用，未考虑帧间待校正误差的关联性。
[0005](2)每帧均需提取大量分布均匀的控制点进行校正参数求解，才能取得较高的校正精度，控制点提取和参数求解运算量较大。
[0006](3)当图像场景的控制点分布不均或数量不足导致观测方程奇异时，校正精度急剧下降。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种基于等效偏移角稀疏测量的序贯观测图像几何校正方法，解决传统几何校正方法在图像存在地面控制点数量不足、分布不均的条件下校正精度较差的问题。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于等效偏移角稀疏测量的序贯观测图像几何校正方法，包括以下步骤：
[0009]S1、选择稀疏基，构建测量矩阵，利用所述测量矩阵构建测量方程，将三维等效偏移角信号构建为三个独立的、随时间变化的一维等效偏移角信号；所述三维等效偏移角信号通过序列图像中的测量帧估计获得；
[0010]S2、利用所述测量方程恢复等效偏移角信号；
[0011]S3、利用恢复的等效偏移角信号计算校正后的图像位置，对原始图像进行重采样，
根据原始图像的灰度值获得校正后的图像灰度值。
[0012]本专利技术将几何校正处理中高维误差参数逐帧求解的问题转化为稀疏观测条件下三维等效偏移角信号恢复的问题，可有效应对某些图像场景控制点数量不足或分布不均的情况，提高校正精度，同时可大大降低运算量。
[0013]步骤S1中，所述三维等效偏移角信号具体获取过程包括：
[0014]1)利用随机采样方法从序列图像中挑选设定数量的图像帧作为测量帧；根据测量帧对应的测量场景的经度、纬度范围确定是否存在地面控制点，若存在，则提取地面控制点，获得地面控制点实际的像平面位置和经纬度；
[0015]2)联合两个以上分布均匀的地面控制点估计每帧测量场景的等效偏移角。
[0016]本专利技术从序贯观测图像中随机挑选少量成像条件较好的图像作为测量提取的地面控制点来解算等效偏移角，进一步提高了校正精度，降低了运算量。
[0017]为了提高等效偏移角的估计精度，本专利技术利用最优估计方法处理步骤2)获得的等效偏移角，得到三维等效偏移角信号。
[0018]步骤S1中，所述测量方程表示如下：
[0019]U＝ΦΨf
α
[0020]V＝ΦΨf
β
[0021]W＝ΦΨf
θ
；
[0022]Φ是M
×
N阶的测量矩阵，M<<N，M为等效角偏移信号的数量，N是待变换信号的长度，U,V,W是三维等效偏移角信号的M
×
1的不完全测量矩阵，α,β,θ是一维的等效偏移角信号，Ψ是N
×
N的稀疏基，f
α
,f
β
,f
θ
是α,β,θ在稀疏基Ψ上的稀疏表示。
[0023]本专利技术中，一维的等效偏移角信号α,β,θ表示为：
[0024][0025][0026][0027]其中，ΔT是等效偏移角信号的采样间隔，N是待变换信号的长度，α(ΔT)、α(1)表示α的以ΔT为采样间隔的离散样本，β(ΔT)、β(1)表示β的以ΔT为采样间隔的离散样本，θ(ΔT)、θ(1)表示θ的以ΔT为采样间隔的离散样本。
[0028]本专利技术中，等效偏移角信号的采样间隔ΔT设定为与相机的成像间隔相等。
[0029]稀疏基Ψ第s行第q列的元素表示为：Ψ(s，p)＝e
j2π(s
×
p)/N
；其中，0≤s≤N
‑
1，0≤p≤N
‑
1，Ψ(0，0)表示稀疏基Ψ第1行第1列的元素，依此类推
[0030]本专利技术选择的稀疏基稀疏效果好，进一步提高了图像校正精度。
[0031]本专利技术中，所述测量矩阵表示为：其中，b
i
是一个1
×
N的向量，且只在p
i
位置的元素为1，其他位置的元素均为0，i＝1，2，
……
，M。
[0032]本专利技术中，位置p
i
的计算公式为：p
i
＝frameNO；frameNO是图像帧序列号。
[0033]本专利技术步骤S2中，利用正交匹配追踪方法恢复等效偏移角信号。
[0034]与现有技术相比，本专利技术所具有的有益效果为：本专利技术将几何校正处理中高维误差参数逐帧求解的问题转化为稀疏观测条件下三维等效偏移角信号恢复的问题。在理论研究方面，本专利技术既拓展压缩感知理论应用范围，又为对地观测图像几何校正处理的提供了一种全新的解决思路。在实际工程中，本专利技术应用压缩感知理论，可有效应对某些图像场景控制点数量不足或分布不均的情况，极大地提高了校正精度，同时可大大降低运算量。
附图说明
[0035]图1为本专利技术实施例方法流程图；
[0036]图2(a)为仿真的1
‑
D等效偏移角信号；图2(b)为1
‑
D傅里叶变换结果。
具体实施方式
[0037]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于等效偏移角稀疏测量的序贯观测图像几何校正方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、选择稀疏基，构建测量矩阵，利用所述测量矩阵构建测量方程，将三维等效偏移角信号构建为三个独立的、随时间变化的一维等效偏移角信号；所述三维等效偏移角信号通过序列图像中的测量帧估计获得；S2、利用所述测量方程恢复等效偏移角信号；S3、利用恢复的等效偏移角信号计算校正后的图像位置，对原始图像进行重采样，根据原始图像的灰度值获得校正后的图像灰度值。2.根据权利要求1所述的基于等效偏移角稀疏测量的序贯观测图像几何校正方法，其特征在于，步骤S1中，所述三维等效偏移角信号具体获取过程包括：1)利用随机采样方法从序列图像中挑选设定数量的图像帧作为测量帧；根据测量帧对应的测量场景的经度、纬度范围确定是否存在地面控制点，若存在，则提取地面控制点，获得地面控制点实际的像平面位置和经纬度；2)联合两个以上分布均匀的地面控制点估计每帧测量场景的等效偏移角。3.根据权利要求2所述的基于等效偏移角稀疏测量的序贯观测图像几何校正方法，其特征在于，利用最优估计方法处理步骤2)获得的等效偏移角，得到三维等效偏移角信号。4.根据权利要求1所述的基于等效偏移角稀疏测量的序贯观测图像几何校正方法，其特征在于，步骤S1中，所述测量方程表示如下：U＝ΦΨf
α
V＝ΦΨf
β
W＝ΦΨf
θ
；Φ是M
×
N阶的测量矩阵，M<<N，M为等效角偏移信号的数量，N是待变换信号的长度，U,V,W是三维等效偏移角信号的M
×
1的不完全测量矩阵，α,β,θ是一维的等效偏移角信号，Ψ是N
×
N的稀疏基，f
α
,f
β
,f
θ
是α,β,θ在稀疏基Ψ上的稀疏表示。5.根据权利要求4...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈军，安玮，盛卫东，李振，安成锦，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：