采用显著性分析与改进边缘方向直方图特征的红外与可见光图像配准

为了实现红外图像与可见光图像的信息融合,弥补单一模态图像的不足,提出了一种基于显著性分析与改进的边缘方向直方图EOH(Edge Orientation Histogram)特征的红外与可见光图像配准算法。该算法首先利用显著性分析技术找到可见光图像中的重要信息,得到显著性图;将其与可见光图像融合,实现可见光图像中重要信息的划分。然后,利用自适应FAST(Features from Accelerated Segment Test)算法,探测可见光与红外图像上的特征点;利用改进的EOH,描述特征点。最后,根据描述计算特征点的相似性,在可见光与红外图像上找出对应的特征点,实现红外与可见光图像的匹配。在3种不同情况下对红外与可见光图像数据进行了配准实验。结果表明:在红外图像与可见光图像采集条件相似情况下,特征点正确匹配率为96.55%,而在图像采集条件差异较大的情况下,特征点正确匹配率可达74.21%。该算法可实现红外与可见光图像的精确快速匹配,即使红外图像与可见光图像采集的角度与位置均存在较大差异的情况下,仍可以满足红外与可见光图像匹配对精度和稳定性的要求。     

基于SIFT的全自动遥感图像配准算法

针对仿射变换的光学图像自动配准精度不高的问题,提出了一种基于特征的由粗到细的遥感图像自动配准算法。首先采用SIFT特征进行了特征点的粗匹配,将输入图像映射为一个具有平移、缩放、旋转不变性的局部特征向量集,采用特征向量的欧氏距离作为相似性判定度量,通过两两比较找出匹配的若干对特征点对作为初始配准点对,以完成输入图像的粗匹配;其次,以互信息作为相似性测度,基于位置控制的搜索策略,确定了更多的特征点的对应关系;然后,利用控制点结合加权最小二乘优化仿射变换的模型参数,完成了图像间的精细配准;最后引入了联合直方图,以其作为配准精度的评价标准来检验配准效果。研究结果表明,该算法对于高光谱遥感图像具有较高的配准精度,速度快、可靠性高。     

基于相位特征的可见光和SAR遥感图像自动配准

针对可见光和SAR遥感图像存在非线性辐射差异和几何差异,加之SAR的斑点噪声,使得可见光和SAR图像配准十分困难的问题。本文提出了一种基于改进相位一致性的可见光和SAR图像配准方法。首先,分别计算相位一致性的最大矩和最小矩,将二者叠加,利用Harris算子在叠加图上提取特征点,得到稳定的角点和边缘点作为待匹配的特征点;接着,分别构建相位一致性的方向图和基于多尺度融合的最大幅值索引图,借助于(Histogram of Oriented Gradi?ents,HOG)模板,利用相位一致性方向对基于多尺度融合的最大幅值索引图进行投票,建立一种新颖的局部特征描述符;最后,利用欧式距离作为特征向量的度量,计算最近邻比率实现特征匹配,采用快速采样一致性算法剔除误匹配点。在四组图像数据上的实验结果表明,本算法相比于基于梯度的OS-SIFT算法具有更多的正确匹配点对和更高的匹配精度,正确匹配点数分别提高了11,8,15和11对,均方根误分别提升了57.5%,57.9%,23.5%和58%。     

一种基于NSCT和SIFT的遥感图像配准算法

研究提出了一种基于NSCT和SIFT的遥感图像配准算法,综合利用了NSCT在图像分解上的灵活性和SIFT算法在特征描述上的有效性来进行遥感图像配准.首先分别对参考图像和待配准图像用NSCT进行分解,然后把分解的低频图像作为SIFT算法的输入并得到匹配结果,并利用匹配结果求解模型参数,最后通过重采样和双线性插值完成两幅遥感图像的配准.实验结果表明,此算法在运算速度和匹配精度方面均比SIFT算法和SWT+SIFT算法优越.     

基于复合Zernike矩相角估计的图像配准

提出了一种基于复合Zernike矩相角估计的图像配准方法.首先,利用尺度不变检测子Harris-laplace检测图像中的兴趣点作为初始特征点,计算以兴趣点为中心、邻域具有尺度不变性的Zernike矩;提出一种鲁棒的相角估计方法,用于估计两个归一化区域的旋转角度值.然后,利用Zernike矩的幅值和相角信息,通过比较每个兴趣点邻域Zernike矩的相似度提取出初始匹配点.最后,提出一种迭代角度修正算法用于精确估计变换参数,并对输入图像进行几何变换后将两幅图像配准.实验结果表明,该算法可在尺度缩放、任意角度旋转以及噪声等复杂条件下实现图像的高精度配准.当旋转角度误差小于20°时,图像的平均覆盖率达到94.125％,有效降低了误匹配的概率.     

基于ORB与RANSAC融合改进的图像拼接方法

针对旋转不变性二进制描述算法（Oriented Fast and Rotated Brief, ORB）的尺度旋转性配准误差大,配准率较低及随机采样一致性（Random Sample Consensus, RANSAC）算法随机性强且不稳定的问题,提出一种ORB与RANSAC结合的快速特征匹配算法。首先,对特征点提取方式进行优化选择,消除特征边缘影响。之后构建简化的金字塔式尺度空间模型,改进分层图像的尺度空间结构,减少生成图像层数和数目;然后采用梯度方向改进传统ORB算法中的主方向提取模式,提高特征角点主方向的准确性。最后,通过构建分块随机取样检测的方式改进RANSAC算法,提高RANSAC算法的稳定性和图像配准的准确性。实验结果表明改进后的ORB和RANSAC融合算法在尺度和旋转配准方面性能有很大提高,并且配准的精度较传统ORB算法高,尺度配准精度提高55.41%,旋转配准精度提高26.66%。满足复杂图像快速精确配准拼接的精度和实时性要求。     

基于ORB与RANSAC融合改进的图像配准

针对旋转不变性二进制描述算法(Oriented Fast and Rotated Brief,ORB)的尺度旋转性配准误差大,配准率较低及随机采样一致性(Random Sample Consensus,RANSAC)算法随机性强且不稳定的问题,提出一种ORB与RANSAC结合的快速特征匹配算法。首先,对特征点提取方式进行优化选择,消除特征边缘影响。之后构建简化的金字塔式尺度空间模型,改进分层图像的尺度空间结构,减少生成图像层数和数目;然后采用梯度方向改进传统ORB算法中的主方向提取模式,提高特征角点主方向的准确性。最后,通过构建分块随机取样检测的方式改进RANSAC算法,提高RANSAC算法的稳定性和图像配准的准确性。实验结果表明改进后的ORB和RANSAC融合算法在尺度和旋转配准方面性能有很大提高,并且配准的精度较传统ORB算法高,尺度配准精度提高55.41%,旋转配准精度提高26.66%。满足复杂图像快速精确配准拼接的精度和实时性要求。     

目标运动轨迹匹配式的红外-可见光视频自动配准

为实现精确的红外-可见光视频序列的自动配准,提出了一种新的基于目标轨迹线匹配的配准方法。首先,利用运动目标检测技术提取目标前景,并由基于相关滤波器(KCF)的多目标跟踪算法对每个前景顶点进行跟踪,进而获取每个目标的运动轨迹。此后,为每条轨迹线建立归一化运动方向描述子与归一化运动幅度描述子,通过时序分析、方向描述子匹配及幅值描述子匹配建立分步约束的匹配机制,完成轨迹线匹配工作。最后,采用迭代更新的方式获取最佳全局配准矩阵,实现对异源视频的配准。在LITIV数据库上的9组视频上进行测试验证,实验的结果表明:本文配准算法的重叠率误差一般小于0.2,接近或已超过手动的Ground-Truth矩阵。通过充分利用目标的运动信息,该算法实现了精确的红外-可见光图像序列配准。     

基于似然函数EM迭代的红外与可见光图像配准

为了实现红外与可见光图像的自动配准,提出了基于似然函数EM迭代的图像配准算法。该算法以图像边缘作为配准点特征,将异源图像配准转化为边缘点集配准。通过点集的高斯混合建模建立了点集配准似然函数,以该函数作为目标函数,仿射变换参数作为优化变量,利用EM迭代优化方法进行最优变换参数求解。迭代过程中,引入基于概率密度自适应阈值分割的外点剔除机制,解决了外点对目标函数的干扰问题,实现了边缘点集的精确配准。利用实测的可见光和红外图像进行了算法验证,证明了该算法的有效性。     

改进结构相似度的红外两波段图像目标配准

针对红外两波段图像目标配准问题,研究了目标整体结构特征,在高斯尺度空间对结构相似度、多尺度结构相似度和边缘结构相似度进行改进,提出基于改进的多尺度边缘结构相似度算法的红外两波段图像目标配准算法。利用高斯尺度空间中不同尺度的图像及其边缘图像计算多尺度结构相似度,结合了红外图像中保留的目标完整的边缘结构信息,提高了目标配准效果。实验结果表明基于改进的多尺度边缘结构相似度算法的红外两波段图像目标配准算法的目标配准正确率和目标配准精度都优于其他算法,目标相似度值高于0.98。     

基于快速视网膜局部特征的遥感图像目标识别

针对目前航天遥感图像信息复杂、数据量大,导致目标识别中特征检测准确度低、特征匹配识别时间长的问题,提出了一种基于差分加速分割角点检测算法(AGAST-Difference)和快速视网膜关键点描述算法(FREAK)相结合的目标识别方法。在特征检测阶段,建立AGAST-Difference特征检测算子,将尺度空间理论融合到加速分割角点检测算法(AGAST)中,生成具有强仿射不变性的特征点;再利用简化的FREAK采样模型描述局部特征,并构建二进制特征向量,通过计算向量间的汉明距离,完成特征匹配及目标的快速识别;最后选用美国Quick Bird卫星的遥感图片进行验证,实验结果表明,所提特征检测算子仿射不变性能较强,不仅提高了检测的可重复率,而且特征描述符区分性较强,平均匹配正确率提高了9.91%,识别用时仅为35 ms。该方法识别效率高、速度快,能够满足遥感图像实时识别的需求。     

基于高光谱图像的改进SIFT特征提取与匹配

针对尺度不变特征变换(SIFT)算法所提取图像特征点数量少、误匹率高的问题,提出了一种基于高光谱图像的改进SIFT算法。首先,依据传统SIFT算法中高斯金字塔的构造思想,结合在不同波段下的高光谱图像具有相同宏观特征的特点,首次用高光谱图像作为原始算法中经高斯变换产生的图像,使得检测到的具有实际意义的特征点数量大幅增加;其次,传统SIFT算法以及大量的改进方法都只通过目标象元邻域范围内的像素信息来构造特征描述符,而忽略了像素点的位置信息,文中将目标象元的位置信息纳入了特征描述符,在特征描述符的匹配阶段,在利用邻域范围内的像素信息进行粗匹配之后,利用特征描述符中的位置信息进行精细匹配。仿真实验结果表明在限定最优值与次优值之比的情况下,采用高光谱图像构造高斯金字塔的方式能显著增加特征点的提取数量,更多地挖掘出图像中的极值点;在特征描述符中加入目标象元的位置信息作为特征点匹配第二阶段的判断依据,正确匹配数量达到原方法的59倍以上,极大提升了算法的匹配性能。     

遥感影像在海洋特别保护区地理信息系统研发中的应用

海洋特别保护区具有位置偏僻、信息数据难以获取等特点,由于遥感影像是真实的航空像片和卫星像片,在海洋特别保护区地理信息系统中加入遥感影像数据可以客观地、真实地反映保护区基本状况.结合锦州大笔架山国家级海洋特别保护区地理信息系统,通过精确配准、二次开发等手段对遥感影像数据在系统中的应用以及遥感影像数据与矢量数据的融合方法和管理方法进行了研究.     

用于遥感图像目标快速匹配识别的改进混合溢出树算法

提出一种基于标记的混合溢出树(SHSPT)特征匹配算法,用于遥感图像的目标匹配识别。针对特征数据建立和预处理,提出了基于中心点的数据分割方法,通过定义数据密集区域的中心,舍去边缘稀疏数据,提取出分割后的数据。进行特征匹配时,使用二进制数组表示数据空间,标记分割后的特征向量数据,通过比特操作计算特征向量间的距离,缩短计算时间。最后对特征匹配方法进行改进,采用待匹配特征距离的均值代替尺度不变特征变换(SIFT)匹配算法的次临近特征距离,从而得到更多的匹配点。实验证明,基于标记的混合溢出树特征匹配算法占用内存空间比传统的混合溢出树算法减少约68%,匹配准确度与原算法接近,匹配时间平均缩短了约32.8%,解决了航天遥感图像数据量大,特征维数较高,匹配识别时间长,占用计算机内存大等问题。     

基于变换域Hough变换的遥感图像相干干扰分析

相干干扰的存在严重地影响了对遥感图像中目标的特征提取和识别的精度,降低了各种遥感定量分析方法的有效性。通过对相干干扰的幅度和相位特性的定量分析,本文提出了相干干扰的小视场模型和大视场模型,并给出了基于变换域的Hough变换算法。实践表明,与传统的邻域平均、中值滤波、经典频域滤波等消除干扰算法相比,该算法不仅高质量地消除了遥感图像中的相干干扰,同时还能有效地保留原图像中的细微影纹和边缘信息,并获得较好的峰值信噪比。该方法已在航天遥感图像的实时采集及处理系统中获得成功应用。     

基于区域分块与尺度不变特征变换的图像拼接算法

针对图像匹配算法计算量大,实时性差的问题,提出了一种基于区域分块与尺度不变特征变换(SIFT)相结合的图像拼接算法。该算法利用图像能量的归一化互相关系数快速分割出匹配图像与待匹配图像间的相似区域,利用SIFT算法在重叠区域中搜索出能用于匹配的图像特征点并实现快速精确配准。然后,通过对图像进行了几何校正和图像融合来实现图像序列间的无缝拼接。实验结果表明,该算法减少了传统SIFT算法的大量无用搜索,改善了图像的几何失真,降低了算法复杂度,提高了图像匹配的速度,在保证90%以上的匹配准确率的基础上,计算时间较传统SIFT算法减少了近50%。提出的算法可准确、快速地实现有形变和尺度变换图像的无缝拼接。     

结合多分辨率修正曲率配准的层间插值

针对体数据各坐标轴分辨率不一致,导致医学及工业三维图像重建时出现边界台阶状结构、细节断裂或缺失等问题,提出了基于多分辨率修正曲率配准的层间插值方法。该方法采用反投影重建形式增强图像细节,解决配准图像清晰度和对比度弱的问题;利用三次卷积插值构造切片的低分辨率图像以保留图像细微结构,提高配准精度。采取从低分辨率粗配准到高分辨率精细配准的策略减少计算时间,提高计算效率。利用切片图像对应像素间存在对称形变结构的特征,建立了修正曲率模型估计形变场,解决了配准时单向形变不一致的问题。最后,通过离散余弦变换(DCT)的数值解析方案对构建的形变场估计函数进行优化,利用最终形变场数据对切片进行线性插值,计算出层间图像。实验结果表明,提出的算法能够消除现有方法插值图像的边缘模糊现象。与线性插值算法相比,提出方法的均方差(MSD)减小了40%,高于对称曲率模型,且耗时仅为该模型的20%左右,满足应用要求。