一种基于局部灰度匹配的无人机图像拼接算法

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1、２００９年第３３卷中国石油大学学报（自然科学版）Ｖｏｌ．３３Ｎｏ．２第２期ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍＡｐｒ．２００９文章编号：１６７３-５００５（２００９）０２-０１６９-０５一种基于局部灰度匹配的无人机图像拼接算法王斌，王伟锋（中国石油大学资源与信息学院，山东东营２５７０６１）摘要：结合无人机图像的特点，开发了一种基于局部灰度匹配的图像拼接算法。根据无人机的飞行数据，对无人机图像进行预处理，缩小了特征点的搜索范围。然后利用图像的局部灰度算法，对提取的角特征点进行快速匹配。最后在运行速度以及特征点

2、的匹配准确率等方面对算法进行了评价。试验结果表明，该算法较大幅度地提高了程序的运行速度，能够达到无人机图像处理的实时性的要求。该算法对无人机图像的工业化处理有帮助。关键词：图像拼接；局部灰度匹配算法；无人控制机；特征提取中图分类号：ＴＰ３１１畅５；ＴＥ３１９文献标识码：ＡUnmannedaerialvehicleimagemosaicalgorithmbasedonlocalgrayfittingＷＡＮＧＢｉｎ，ＷＡＮＧＷｅｉ-ｆｅｎｇ（CollegeofGeo-ResourcesandInformationinChinaUniversit

3、yofPetroleum，Dongying２５７０６１，China）Abstract：Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｆｅａｔｕｒｅｏｆｕｎｍａｎｎｅｄａｅｒｉａｌｖｅｈｉｃｌｅ（ＵＡＶ）ｉｍａｇｅ，ａｎｉｍａｇｅｍｏｓａｉｃａｌｇｏｒｉｔｈｍｂａｓｅｄｏｎｌｏｃａｌｇｒａｙｆｉｔｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．ＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅａｉｒｄａｔａｏｆＵＡＶ，ＵＡＶｉｍａｇｅｗａｓｐｒｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｄ，ｗｈｉｃｈｃａｎｒｅｄｕｃｅｔｈｅｒａｎｇｅｆｏｒｓｅａｒｃｈｉｎｇｆｅａｔｕｒｅｐｏｉｎｔ．Ａｎｄｔｈｅｎ，ｔｈｅ

4、ｃｏｒｎｅｒｆｅａｔｕｒｅｐｏｉｎｔｓａｂｓｔｒａｃｔｅｄｗｅｒｅｍａｔｃｈｅｄｆａｓｔｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｓｑｕａｒｅｅｒｒｏｒｏｆｔｈｅｇｒａｙｖａｌｕｅ．Ｌａｓｔ，ｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｗａｓｅｖａｌｕａｔｅｄｂｙｓｐｅｅｄａｎｄａｃｃｕｒａｔｅｒａｔｅ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｂｔａｉｎｅｄｆｒｏｍｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓａｎｄｓｉｍ-ｕｌａｔｉｏｎｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｉｓａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｅｆｆｅｃｔｉｖｅａｎｄｃａｎａｄａｐｔｔｏｔｈｅｒｅａｌ-ｔｉｍｅｃｈａｒａｃｔｅｒｏｆＵＡＶｉｍａｇｅｓｔｉｔｃｈｉｎｇ．Ｔｈｅａｌ

5、ｇｏｒｉｔｈｍｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｓｏｍｅｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅＵＡＶｉｍａｇｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｉｚａｔｉｏｎ．Keywords：ｉｍａｇｅｍｏｓａｉｃ；ｌｏｃａｌｇｒａｙｆｉｔｔｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍ；ｕｎｍａｎｎｅｄａｅｒｉａｌｖｅｈｉｃｌｅ；ｆｅａｔｕｒｅａｂｓｔｒａｃｔｉｏｎ无人控制机（ｕｎｍａｎｎｅｄａｅｒｉａｌｖｅｈｉｃｌｅ，ＵＡＶ）具1图像的几何畸变有灵活、低能耗、反应迅速、价格低等优点，在越来越多的领域得到应用。相对于无人机技术近几年的快与固定翼飞机不同，无人机体积轻巧容易受到速发展，无人

6、机的图像处理仍然采用静态的处理方气流等周围因素的影响，飞行路线可以自主设定，所法，需要很长时间才能完成图像的拼接以及信息提以它拍摄照片时会经常产生角度的变化，即图像相［１］取，无法发挥无人机的优点。通常图像拼接算法对地面坐标系发生几何平移、旋转等，称其为几何畸分为基于非特征分析和基于特征两类。基于非特征变。相位角的不一致会影响特征点的选取以及匹分析方法有基于几何特征、相位相关度法、二进制图配，进行图像拼接处理之前就需要对图像进行几何［２］像法等，该类算法的准确性较差。基于特征的拼畸变的处理，使每幅图像处于相同的坐标平面上。接方法，如基于边缘

7、、轮廓法等，虽然稳定性好，但是每一幅传输到地面的图像都会在传输时得到对运算量大，需要的时间较长，不适合无人机的实时图应拍摄的坐标以及偏转角度等飞行数据，利用这些［３］像处理。考虑到无人机飞行的特点，笔者提出一数据，使用基于频域变换的ＦＭ（Ｆｏｕｒｉｅｒ-Ｍｅｌｌｉｎ）算［４］种基于局部灰度匹配的拼接算法。法，能够较快地实现几何畸变的处理。收稿日期：２００８－１２－０３基金项目：国家留学基金委项目（［２００７］３０２０）作者简介：王斌（１９８１－），男（汉族），山东昌邑人，博士研究生，主要从事盆地资源分析与评价、无人机遥感等方面的研究。·１７

8、０·中国石油大学学报（自然科学版）２００９年４月R＝D（H／F）．（３）2图像预处理与普通的全景图以及图像拼接不同，无人机拍摄的图像都有与图像对应的坐标、速度等环境数据产生，这样