CN113298713A - 一种抗云干扰的在轨快速配准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗云干扰的在轨快速配准方法，包括：对底图主要区域进行标记；将每块标记区域与待配准的对应区域逐对读入内存并进行经纬度粗配和滑动窗口精配，在精配过程中对区域进行云雾干扰判断，如果配准成功则求该区域的经纬定位偏差，否则配准失败返回该区域配准失败；对偏差结果进行投票，投票成功得到全图经纬定位误差；将底图上与待配准图重合区域分块，利用经纬定位偏差对每个分块与其在待配准图上的对应区域进行校正得到配准块，对所有配准块进行顺序拼接得到最终配准图以及配准结果在底图中的位置。本发明提升了配准速度，并对区域是否含有云雾干扰进行判断，对后续检测或者融合算法是否需要去云去雾操作提供了参考。

Description

一种抗云干扰的在轨快速配准方法

技术领域

本发明涉及数字图像处理技术领域，更具体的说是涉及遥感图像配准方法，特别涉及一种基于抗云干扰的在轨快速配准方法。

背景技术

遥感技术目前在社会和科技方面都转向实际应用，比如航空影像自动制图、图像三维重构、追踪地球表面环境变化、预测农作物产量、全色遥感图像与多光谱遥感图像的融合、模式识别、目标检测等应用。但实际遥感图像成像过程收到卫星速度变化、电磁波与大气的相互作用、随机噪声等影响因素，造成了影像的几何畸变。所以在进行一系列遥感技术的实际应用之前，需要对图像进行预处理，而图像配准就是图像预处理的一个分支。图像配准是指对于一组针对同一对象在不同条件下获取的两幅图像，通过寻找一种空间变换把一幅图像(底图)映射到另一幅图像(待配准图)，使得两图中对应空间的同一位置的点一一对应，从而达到预处理的目的。经过精确的图像配准的图像对，通常可以获得更好的融合效果，另外在图像获取中产生变形和扭曲的图像作为图像配准的参考图像能经过图像配准进行几何纠正。因此，能将底图和待配准图进行精确配准，生成几何纠正或者有利于融合效果提升的配准图至关重要，是许多遥感应用必不可少的预处理步骤。

目前主流的遥感图像配准算法都采用了基于区域的配准方法。在配准过程把整个底图都划分成窗口，把所有模板窗口对应相似度最高的模板窗口找到，才完成基于区域的配准。

在实际情况中，全底图都进行逐像素相似性计算，会造成配准耗时较长，不适合在轨对配准算法速度的要求，且因为待配准图存在云雾干扰，导致底图与待配准图差异太大，这种情况是不能直接进行配准的，如何对这种情况进行识别也是在轨配准要解决的问题。

因此，如何提供一种基于抗云干扰的在轨快速配准方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于抗云干扰的在轨快速配准方法，不仅提升了配准速度，并且对区域是否含有云雾干扰进行判断，对后续检测或者融合算法是否需要去云去雾操作提供了参考。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于抗云干扰的在轨快速配准方法，包括：

S1、选取底图的主要区域进行标记，得到底图的n个标记区域；

S2、将底图标记区域与待配准图中的对应区域逐对读入内存，并依次进行经纬度粗配和滑动窗口精配，在滑动窗口精配过程中判断该区域是否有云雾干扰，若有云雾干扰则直接退出配准，否则配准成功返回该区域最终的经纬定位偏差，配准失败返回该块配准失败；

S3、对所有配准成功区域最终的经纬定位偏差通过投票得出全图经纬定位偏差；

S4、将底图上与待配准图的重合区域进行分块划分，每个分块利用全图经纬定位偏差与其在待配准图上的对应区域逐对调入内存，进行逐像素配准和偏差校正，得到最终配准块；

S5、将各配准块进行从左到右从上到下的顺序拼接得到最终配准图，并输出配准图在底图中的位置。

进一步，S2具体包括：

S21、将底图标记区域与待配准图中的对应区域逐对读入内存进行配准；

S22、将底图标记区域在各方向上向外增加50像素得到扩展底图区域，利用经纬度信息的对应关系逐像素求出扩展底图区域中每个像素位置对应在待配准图中的像素位置，得到粗配准区域，若在待配准区域中没找到对应的像素位置，则该位置在粗配准区域的像素值为0，否则粗配准区域的像素值等于待配准区域的像素；

S23、将S22得到的粗配准区域像素值为0的区域切除，将剩余区域作为精配准区域；

S24、以精配准区域的大小为滑动窗口，在底图标记区域的搜索范围内滑动，每次滑动计算此窗口内底图区域与精配准区域的相似性：

计算相似性的具体做法是将底图中心区域平均划分为2×2的方格，每个方格与精配准区域每次滑动四像素的滑动窗口的对应窗格计算相似性，相似性使用像素向量夹角的余弦值计算：

其中，i指当前滑动窗口内的像素，i＝1,2…n，base_i为当前底图区域滑动窗口内的第i个像素，相对应的reg_i为当前精配准区域滑动窗口内的第i个像素，i的遍历顺序遵从从左至右，从上到下的顺序；

全部位置滑动完成后，每个方格对应的当前相似性最大的待配准滑动窗口的滑动值，即为每个方格四像素滑动下的最佳经纬定位偏差；

S25、利用最佳经纬定位偏差，对该区域的四个方格的任意两个方格的最佳配准位置进行偏差差值计算，若没有任意两个方格配准位置接近方格间偏差差值阈值，则认为此区域有严重云雾干扰并退出配准，否则利用投票方法得到当前像素滑动下的经纬定位偏差；

S26、利用经纬定位偏差缩小精配准区域的滑动搜索范围，每个方格与缩小范围的精配准区域每次滑动一像素的滑动窗口的对应窗格计算相似性，全部位置滑动完成后，每个方格对应的当前相似性最大的待配准滑动窗口的滑动值，即为每个方格一像素滑动下的最佳经纬定位偏差，对四个方格进行S25的云雾干扰判断和投票，投票得出的偏差作为该底图标记区域的最终的经纬定位偏差。

进一步，S25的投票方法为：

其中，i指方格序号，offset_box_i指第i个方格的偏差值，包括x方向的偏差值和y方向的偏差值，且经过投票后即为该区域的经纬定位偏差，x_i，y_i分别指第i个方格的x方向的偏差值以及y方向的偏差值，x_j，y_j分别指第j个方格的x方向的偏差值以及y方向的偏差值，count_i指与第i个方格与第j个方格满足x方向和y方向的偏差差值小于等于方格间偏差差值阈值的方格块数，

表示每个方格的投票分数，计算需满足i不等于j且第i个方格与第j个方格x方向和y方向的偏差差值小于等于方格间偏差差值阈值的条件。

进一步，S3具体包括：

融合各个精配准区域的结果，如果所有区域都配准失败或者任意两个正确配准区域得到的最终经纬定位偏差的差值大于经纬定位偏差差值阈值，即存在云雾干扰则退出配准，否则对所有配准成功的区域得到的最终的经纬定位偏差进行最终投票，如果投票成功，则将投票得出的经纬定位偏差作为待配准的全图经纬定位偏差。

进一步，所述S3投票方法如下所示：

其中，i指第i个配准成功区域，i＝1,2…n；offset_region_i指第i个配准成功区域的偏差值，包括x方向的偏差值和y方向的偏差值，且经过投票后即为该区域的全图经纬定位偏差，x_i，y_i分别指第i个配准成功区域的x方向的偏差值以及y方向的偏差值，x_j，y_j分别指第j个配准成功区域的x方向的偏差值以及y方向的偏差值，count_i指与第i个配准成功区域与第j个配准成功区域满足x方向和y方向的偏差差值小于等于配准成功区域间偏差差值阈值的配准成功区域块数，

为每个配准成功区域的投票分数，计算需满足i不等于j且第i个配准成功区域与第j个方格x方向和y方向的偏差差值小于等于配准成功区域间偏差差值阈值的条件。

进一步，S4具体包括：

S41、将底图上与待配准图的重叠区域划分256*256的分块；

S42、将每个分块与其在待配准图上的对应区域逐对调入内存，利用S3得到的全图经纬度定位偏差逐像素进行配准和校正，得到最终配准块。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于抗云干扰的在轨快速配准方法，不仅利用分块计算提升了配准的速度，并且在滑动窗口精配过程中对区域是否含有严重云雾干扰进行判断，对后续检测或者融合算法是否需要进行去云去雾操作提供了参考。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的一种基于抗云干扰的在轨快速配准方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种基于抗云干扰的在轨快速配准方法，如图1所示，包括如下步骤：

S1、选取底图的主要区域进行标记，得到底图的n个标记区域；

S21、将底图标注区域与待配准图中的对应区域逐对读入内存进行配准；

S22、为了求出待配准区域的搜索范围，先将底图标注区域在各方向向外增加50像素得到扩展底图区域，然后利用经纬度信息的对应关系逐像素求出扩展底图区域中每个像素位置对应在待配准图中的像素位置，得到粗配准区域，若在待配准区域中没找到对应的像素位置(即像素位置小于0)，则该位置在粗配准区域的像素值为0，否则粗配准区域的像素值等于粗配成功的待配准区域的像素，此步完成了对底图区域与配准区域的初配准；

S23、将S22得到的粗配区域像素值为0的区域切除，把剩余区域作为精配准区域；

S24、在底图标记区域上用与S23得到的精配准区域同样大小的窗口在搜索范围内滑动，每次滑动计算此窗口内底图区域与精配准区域的相似性。计算相似性的具体做法是将底图中心区域平均划分为2×2的方格，每个方格与精配准区域每次滑动4像素的滑动窗口的对应窗格计算相似性，相似性使用像素向量夹角的余弦值计算。相似性计算公式如下：

其中i指当前滑动窗口内的像素，i＝1,2…n，base_i为当前底图区域滑动窗口内的第i个像素，相对应的reg_i为当前精配准区域滑动窗口内的第i个像素，i的遍历顺序遵从从左至右，从上到下的顺序。

全部位置滑动完成后，每个方格对应的当前相似性最大的待配准滑动窗口的滑动值，即得到每个方格4像素滑动下的最佳经纬定位偏差；

S25、利用最佳经纬定位偏差，对该区域的4个方格的任意两个方格的最佳配准位置进行偏差差值计算，若没有任意两个方格配准位置接近方格间偏差差值阈值，则认为此区域有严重云雾干扰并退出配准，否则利用投票方法得到当前像素滑动下的经纬定位偏差，该投票方法为：

其中，i指方格序号，offset_box_i指第i个方格的偏差值，包括x方向的偏差值和y方向的偏差值，且经过投票后即为该区域的经纬定位偏差，x_i，y_i分别指第i个方格的x方向的偏差值以及y方向的偏差值，x_j，y_j分别指第j个方格的x方向的偏差值以及y方向的偏差值，count_i指与第i个方格与第j个方格满足x方向和y方向的偏差差值小于等于方格间偏差差值阈值的方格块数，

表示每个方格的投票分数，计算需满足i不等于j且第i个方格与第j个方格x方向和y方向的偏差差值小于等于方格间偏差差值阈值的条件。

S26、利用S25得到的4像素滑动下的初步经纬定位偏差缩小精配准区域的滑动搜索范围，每个方格与缩小范围的精配准区域每次滑动1像素的滑动窗口的对应窗格计算相似性，相似性使用像素向量夹角的余弦值计算，相似计算公式与S24的公式(1)一致。全部位置滑动完成后，每个方格对应的当前相似性最大的待配准滑动窗口的滑动值，即得到每个方格1像素滑动下的最佳经纬定位偏差，对四个方格进行如S25的云雾干扰判断和投票，投票得出的偏差则是该底图标记区域最终的经纬定位偏差。

S3、融合各个精配准区域的结果，如果所有区域都配准失败或者任意两个正确配准区域求得的最终经纬定位偏差的差值大于经纬定位偏差差值阈值，即存在云雾干扰则退出配准，否则对所有配准成功的区域得到的最佳经纬定位偏差进行最终投票，如果投票成功，则将投票得出的经纬定位偏差作为待配准的全图经纬定位偏差。投票方法如下所示：

其中，i指第i个配准成功区域，i＝1,2…n；offset_region_i指第i个配准成功区域的偏差值，包括x方向的偏差值和y方向的偏差值，且经过投票后即为该区域的全图经纬定位偏差，x_i，y_i分别指第i个配准成功区域的x方向的偏差值以及y方向的偏差值，x_j，y_j分别指第j个配准成功区域的x方向的偏差值以及y方向的偏差值，count_i指与第i个配准成功区域与第j个配准成功区域满足x方向和y方向的偏差差值小于等于配准成功区域间偏差差值阈值的配准成功区域块数，

为每个配准成功区域的投票分数，计算需满足i不等于j且第i个配准成功区域与第j个方格x方向和y方向的偏差差值小于等于配准成功区域间偏差差值阈值的条件。

S41、将底图上与待配准图的重叠区域划分256*256的分块；

S42、将每个分块与其在待配准图上的对应区域逐对调入内存，利用S3得到的全图经纬定位偏差逐像素进行配准和校正，最后得到最终配准块。

S5、将S4中生成的各配准块进行从左到右从上到下的顺序拼接得到最终配准图，并输出配准结果图在底图中的位置。

本发明相较现有技术具有以下有益效果：

1、使用底图标记选取底图主要区域配准、分块配准、分块变换以及求取经纬定位偏差时先以4像素滑动粗配准区域的窗口并计算其与底图区域的窗口的相似性，后面对投票精选出来待配准区域的一个滑动窗口进行1像素滑动进一步求经纬定位偏差这四种方式加快了配准速度。

2、其次在投票过程计算底图块与待配准块间经纬定位偏差的差值，并把差值与经纬定位阈值比较的方式来达到对待配准图是否有云雾干扰判断的目的。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种基于抗云干扰的在轨快速配准方法，其特征在于，包括：

S1、选取底图的主要区域进行标记，得到底图的n个标记区域；

S2、将底图标记区域与待配准图中的对应区域逐对读入内存，并依次进行经纬度粗配和滑动窗口精配，在滑动窗口精配过程中判断该区域是否有云雾干扰，若有云雾干扰则直接退出配准，否则配准成功返回该区域最终的经纬定位偏差；

S3、对所有配准成功区域最终的经纬定位偏差通过投票得出全图经纬定位偏差；

S4、将底图上与待配准图的重合区域进行分块划分，每个分块利用全图经纬定位偏差与其在待配准图上的对应区域逐对调入内存，进行逐像素配准和偏差校正，得到最终配准块；

S5、将各配准块进行从左到右从上到下的顺序拼接得到最终配准图，并输出配准图在底图中的位置。

2.根据权利要求1所述的一种抗云干扰的在轨快速配准方法，其特征在于，S2具体包括：

S21、将底图标记区域与待配准图中的对应区域逐对读入内存进行配准；

S22、将底图标记区域在各方向上向外增加50像素得到扩展底图区域，利用经纬度信息的对应关系逐像素求出扩展底图区域中每个像素位置对应在待配准图中的像素位置，得到粗配准区域，若在待配准区域中没找到对应的像素位置，则该位置在粗配准区域的像素值为0，否则粗配准区域的像素值等于待配准区域的像素；

S23、将S22得到的粗配准区域像素值为0的区域切除，将剩余区域作为精配准区域；

S24、以精配准区域的大小为滑动窗口，在底图标记区域的搜索范围内滑动，每次滑动计算此窗口内底图区域与精配准区域的相似性：

计算相似性的具体做法是将底图中心区域平均划分为2×2的方格，每个方格与精配准区域每次滑动四像素的滑动窗口的对应窗格计算相似性，相似性使用像素向量夹角的余弦值计算：

其中，i指当前滑动窗口内的像素，i＝1,2…n，base_i为当前底图区域滑动窗口内的第i个像素，相对应的reg_i为当前精配准区域滑动窗口内的第i个像素，i的遍历顺序遵从从左至右，从上到下的顺序；

全部位置滑动完成后，每个方格对应的当前相似性最大的待配准滑动窗口的滑动值，即为每个方格四像素滑动下的最佳经纬定位偏差；

S25、利用最佳经纬定位偏差，对该区域的四个方格的任意两个方格的最佳配准位置进行偏差差值计算，若没有任意两个方格配准位置接近方格间偏差差值阈值，则认为此区域有严重云雾干扰并退出配准，否则利用投票方法得到当前像素滑动下的经纬定位偏差；

S26、利用经纬定位偏差缩小精配准区域的滑动搜索范围，每个方格与缩小范围的精配准区域每次滑动一像素的滑动窗口的对应窗格计算相似性，全部位置滑动完成后，每个方格对应的当前相似性最大的待配准滑动窗口的滑动值，即为每个方格一像素滑动下的最佳经纬定位偏差，对四个方格进行S25的云雾干扰判断和投票，投票得出的偏差作为该底图标记区域最终的经纬定位偏差。

3.根据权利要求2所述的一种抗云干扰的在轨快速配准方法，其特征在于，S25的投票方法为：

其中，i指方格序号，offset_box_i指第i个方格的偏差值，包括x方向的偏差值和y方向的偏差值，且经过投票后即为该区域的经纬定位偏差，x_i，y_i分别指第i个方格的x方向的偏差值以及y方向的偏差值，x_j，y_j分别指第j个方格的x方向的偏差值以及y方向的偏差值，count_i指与第i个方格与第j个方格满足x方向和y方向的偏差差值小于等于方格间偏差差值阈值的方格块数，

表示每个方格的投票分数，计算需满足i不等于j且第i个方格与第j个方格x方向和y方向的偏差差值小于等于方格间偏差差值阈值的条件。

4.根据权利要求3所述的一种抗云干扰的在轨快速配准方法，其特征在于，S3具体包括：

融合各个精配准区域的结果，如果所有区域都配准失败或者任意两个正确配准区域得到的最终经纬定位偏差的差值大于经纬定位偏差差值阈值，即存在云雾干扰则退出配准，否则对所有配准成功的区域得到的最终的经纬定位偏差进行最终投票，如果投票成功，则将投票得出的经纬定位偏差作为待配准的全图经纬定位偏差。

5.根据权利要求4所述的一种抗云干扰的在轨快速配准方法，其特征在于，S3投票方法如下所示：

其中，i指第i个配准成功区域，i＝1,2…n；offset_region_i指第i个配准成功区域的偏差值，包括x方向的偏差值和y方向的偏差值，且经过投票后即为该区域的全图经纬定位偏差，x_i，y_i分别指第i个配准成功区域的x方向的偏差值以及y方向的偏差值，x_j，y_j分别指第j个配准成功区域的x方向的偏差值以及y方向的偏差值，count_i指与第i个配准成功区域与第j个配准成功区域满足x方向和y方向的偏差差值小于等于配准成功区域间偏差差值阈值的配准成功区域块数，

为每个配准成功区域的投票分数，计算需满足i不等于j且第i个配准成功区域与第j个方格x方向和y方向的偏差差值小于等于配准成功区域间偏差差值阈值的条件。

6.根据权利要求4或5所述的一种抗云干扰的在轨快速配准方法，其特征在于，S4具体包括：

S41、将底图上与待配准图的重叠区域划分256*256的分块；

S42、将每个分块与其在待配准图上的对应区域逐对调入内存，利用S3得到的全图经纬度定位偏差逐像素进行配准和校正，得到最终配准块。

Images