基于不變特征的圖像拼接及軟同步直寫硬盤記錄技術研究.pdf

1、遙感圖像拼接與記錄技術是獲取高分辨率、大視野的戰(zhàn)場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域的關鍵技術之一。但現(xiàn)有圖像拼接方法存在穩(wěn)定性不好、速度慢、自動化程度不高、適應性不強和特征描述符構建復雜、描述向量維數(shù)過高等弱點,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研究”的目的是:對高分辨率成像傳感器獲取的圖像實施全自動拼接、實

2、時持續(xù)記錄等技術進行深入的研究,探討一種適用于大幅面遙感圖像的全自動拼接方法、在惡劣環(huán)境下可靠工作的高速長時持續(xù)記錄系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)方法,為我國遙感偵察系統(tǒng)性能的進一步提高奠定理論和技術基礎。本課題的研究,在空間探測、航天遙感數(shù)據(jù)處理、雷達成像數(shù)據(jù)處理、SAR對抗研究等領域也有廣泛的應用前景。
　　本文首先基于光學成像的基本原理,全面總結了圖像拼接系統(tǒng)的基本結構,推導了圖像變換的數(shù)學模型,系統(tǒng)地闡述了圖像匹配、圖像校正、圖像變換和

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

4、SIFT描述符對低對比度圖像適應能力差的弱點,提出了一種自適應對比度閾值控制提取關鍵點的方法,增強了SIFT算法對遙感圖像的適應能力,擴展了其應用范圍。
　　根據(jù)SIFT特征多量性和遙感圖像幅面大的特點,提出了基于統(tǒng)計、變換模型和改進的RANSAC等三種自動匹配策略,能依據(jù)輸入圖像自動計算匹配過程所需的各種閾值;提出了一種大幅面遙感圖像自動快速拼接方法,在下采樣圖像中提取特征和參數(shù)優(yōu)化,把優(yōu)化后的匹配對坐標直接傳遞到原始圖像進行配

5、準和拼接,并對常規(guī)的拼接縫消除方法進行了改進,提高了圖像拼接質(zhì)量,實現(xiàn)了遙感圖像的全自動拼接,縮短了拼接時間,提升了圖像拼接的自動化水平。
　　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)缺點的基礎上，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,設計了自啟動同步直寫控制器,優(yōu)化了SCSI硬盤的記錄時序,有效地提高了硬盤的啟動速度和數(shù)據(jù)持續(xù)記錄速率,為實現(xiàn)每秒200兆字節(jié)高速

6、大容量遙感圖像數(shù)據(jù)的實時記錄提供了技術支持。
　　最后,對課題所研究的特征描述符構建方法、自動匹配策略、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)進行了編程實現(xiàn)、設備制作和性能測試,實驗結果顯示: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?shù)那闆r下,綜合匹配時間得到了顯著提高;自適應對比度閾值控制的方法有效增加了特征提取算法對遙感圖像的適應能力,并且提取到的特征點分布均勻;基于改進的RANSAC