基于不變特征的圖像拼接及軟同步直寫硬盤記錄技術(shù)研究.pdf

1、遙感圖像拼接與記錄技術(shù)是獲取高分辨率、大視野的戰(zhàn)場(chǎng)圖像偵察信息的有效手段,是現(xiàn)代信息化偵察裝備研究領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一。但現(xiàn)有圖像拼接方法存在穩(wěn)定性不好、速度慢、自動(dòng)化程度不高、適應(yīng)性不強(qiáng)和特征描述符構(gòu)建復(fù)雜、描述向量維數(shù)過(guò)高等弱點(diǎn),以及現(xiàn)有數(shù)據(jù)記錄方法持續(xù)記錄速率不夠高的問(wèn)題,直接影響到空天偵察能力的持續(xù)提升。
　　課題“基于不變特征的圖像拼接及軟同步直寫硬盤記錄技術(shù)研究”的目的是:對(duì)高分辨率成像傳感器獲取的圖像實(shí)施全自動(dòng)拼接、實(shí)

2、時(shí)持續(xù)記錄等技術(shù)進(jìn)行深入的研究,探討一種適用于大幅面遙感圖像的全自動(dòng)拼接方法、在惡劣環(huán)境下可靠工作的高速長(zhǎng)時(shí)持續(xù)記錄系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法,為我國(guó)遙感偵察系統(tǒng)性能的進(jìn)一步提高奠定理論和技術(shù)基礎(chǔ)。本課題的研究,在空間探測(cè)、航天遙感數(shù)據(jù)處理、雷達(dá)成像數(shù)據(jù)處理、SAR對(duì)抗研究等領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用前景。
　　本文首先基于光學(xué)成像的基本原理,全面總結(jié)了圖像拼接系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu),推導(dǎo)了圖像變換的數(shù)學(xué)模型,系統(tǒng)地闡述了圖像匹配、圖像校正、圖像變換和

3、圖像融合等關(guān)鍵技術(shù),為展開大幅面圖像拼接技術(shù)的研究奠定理論基礎(chǔ)。
　　在深入研究常規(guī)的圖像特征提取技術(shù)的基礎(chǔ)上，引入尺度不變特征變換(Scale Invariant Feature Transform,SIFT)技術(shù),用于大幅面遙感圖像的特征提取。針對(duì)SIFT描述符的不變性不夠完善和描述向量維數(shù)過(guò)高的問(wèn)題,提出了一種基于扇形區(qū)域分割的SIFT描述符構(gòu)建方法,取消了構(gòu)建描述符時(shí)對(duì)區(qū)域的旋轉(zhuǎn)操作,把128維的描述向量降低到48維。針對(duì)

4、SIFT描述符對(duì)低對(duì)比度圖像適應(yīng)能力差的弱點(diǎn),提出了一種自適應(yīng)對(duì)比度閾值控制提取關(guān)鍵點(diǎn)的方法,增強(qiáng)了SIFT算法對(duì)遙感圖像的適應(yīng)能力,擴(kuò)展了其應(yīng)用范圍。
　　根據(jù)SIFT特征多量性和遙感圖像幅面大的特點(diǎn),提出了基于統(tǒng)計(jì)、變換模型和改進(jìn)的RANSAC等三種自動(dòng)匹配策略,能依據(jù)輸入圖像自動(dòng)計(jì)算匹配過(guò)程所需的各種閾值;提出了一種大幅面遙感圖像自動(dòng)快速拼接方法,在下采樣圖像中提取特征和參數(shù)優(yōu)化,把優(yōu)化后的匹配對(duì)坐標(biāo)直接傳遞到原始圖像進(jìn)行配

5、準(zhǔn)和拼接,并對(duì)常規(guī)的拼接縫消除方法進(jìn)行了改進(jìn),提高了圖像拼接質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)了遙感圖像的全自動(dòng)拼接,縮短了拼接時(shí)間,提升了圖像拼接的自動(dòng)化水平。
　　為了解決常規(guī)的記錄系統(tǒng)速率低與圖像數(shù)據(jù)持續(xù)傳輸速率高之間的矛盾,在深入研究各種大容量數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出一種多通道軟同步高速直寫硬盤的數(shù)據(jù)記錄方法,設(shè)計(jì)了自啟動(dòng)同步直寫控制器,優(yōu)化了SCSI硬盤的記錄時(shí)序,有效地提高了硬盤的啟動(dòng)速度和數(shù)據(jù)持續(xù)記錄速率,為實(shí)現(xiàn)每秒200兆字節(jié)高速

6、大容量遙感圖像數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)記錄提供了技術(shù)支持。
　　最后,對(duì)課題所研究的特征描述符構(gòu)建方法、自動(dòng)匹配策略、大幅面遙感圖像拼接模型和多通道軟同步高速數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)進(jìn)行了編程實(shí)現(xiàn)、設(shè)備制作和性能測(cè)試,實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:本文提出的基于扇型區(qū)域分割的特征描述符,在匹配性能與原SIFT算法相當(dāng)?shù)那闆r下,綜合匹配時(shí)間得到了顯著提高;自適應(yīng)對(duì)比度閾值控制的方法有效增加了特征提取算法對(duì)遙感圖像的適應(yīng)能力,并且提取到的特征點(diǎn)分布均勻;基于改進(jìn)的RANSAC