遥感图像的亚像素配准技术研究

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1、第40卷第4期2010年7月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．40No．4Jul．2010遥感图像的亚像素配准技术研究石苗1，李会方1，郭海超2(1．西北工业大学电子信息学院，陕西西安，710072；2．中国空间技术研究院西安分院，陕西西安，710000)摘要：高分辨遥感技术在军民领域应用广泛，图像配准技术是高分辨遥感图像的预处理技术。实际的机载和星载遥感成像仪，由于自身成像原理和成像仪平台抖动原因，出现了遥感图像亚像素偏移误差。对亚像素图像配准技术进行系统研究，对高精度亚像素配准算法进行研

2、究分析，并对其算法进行仿真、处理，对仿真的结果进行系统分析。通过误差分析提出配准误差修正算法，修正算法对亚像素配准进行了很好的改进，达到遥感图像预处理的目的。关键词：亚像素配准；高分辨遥感；下采样；互功率谱中图分类号：TP751．1文献标识码：A文章编号：1671．654X(2010)04．0004—03引言现代遥感多光谱成像系统多采用可见光和红外复合探测系统。一个成像系统能同时在两个波段获取目标信息，就可对复杂的背景进行抑制，提高对目标的探测效果。但是在卫星遥感中，卫星的姿态侧滚、俯仰、偏航、高度和前进速度的变化，地球的自转、曲率的影

3、响、视差和影像纹理以及卫星上所携带的成像仪扫描速度不稳定等，会使所得的多光谱图像发生一定程度几何失真，在实际应用卫星遥感图像应用之前，必须对图像进行配准来矫正这些误差或失真。1亚像素配准算法分析像素级的图像配准中，图像配准的一般方法是特征空间、搜索空间、搜索算法和相似性测度四个不同方面的组合。多光谱成像是不同传感器对同一场景进行同时拍摄，所以图像之间的互信息量比较丰富，适合应用基于互信息理论¨1来进行之间的配准，基于互信息只依赖于图像本身的信息，不需要对图像进行特征点提取和组织分类等预处理，是一种自动而有效的配准算法。该算法对图像中的几

4、何失真、灰度不均匀和数据的缺失等不敏感，文献[2]中已经叙述了基于互信息的配准算法。本文对像素级的图像配准不做重点研究，以往的卫星的遥感图像配准都是在像素级进行配准，但是为了满足高分辨遥感图像，亚像素配准技术是高分辨图像融合的预处理。亚像素配准就是把两幅图像中小于一个像素误差的对齐调准到一致的位置上。亚像素的偏移可以认为是采样率低、采样问隔过大造成的。配准过程分两步，首先是非整数平移量的计算，然后调准还原。设定参考图像为人名，Y)，待配准图像为g(菇，Y)，它们之间有搿。和Yo的平移量。即／(戈一菇。，Y一“。)=g(x，Y)，根据傅立

5、叶变换理论得到G(u，秽)=F(M，秽)-e“”扩M’。其中F(“，口)和G(n，t，)分别为f(x，y)和g(z，y)的傅立叶变换。图像信号为带限的情况下，降采样的图像对(已达到像素级配准)的归一化互功率谱是一个过滤的单位脉冲，其傅里叶反变换为二维Dirichlet函数，可用sinc函数近似Dirichlet函数旧J：sinc(x，Y)=sinc(x一菇o)·sinc(y一％)中茹。和Yo分另Ⅱ是z和Y方向的偏移量。其具体过程如下：下采样的互功率谱C(M’，秽’)m。”蓥誉望：M上N∑∑F(M’，口’)急n厶=O‘、一”7∑∑k(u’

6、，勘，)e。i“’"9’㈨(1)其中“’=盖+弓尹，口’=号+等，由此得到：％(M7，秽’)×y∑，(u’，13r)=，(盖+2百"irk，斋+署)(2)收稿日期：2009—06-03基金项目：国家863计划资助项目(2007AA042404)作者简介：石苗(1985一)，女，陕西西安人，硕士研究生，研究方向为小信号分析，数字图像处理。2010年7月石苗等：遥感图像的亚像素配准技术研究·5·其中k“0，⋯，M一1]和l∈[0，⋯，N一1]，进而得到：日一(u’，t，’)=川=兹+等，影，：詈+等且(m：

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8、}，儿：z)影‘2丙+可且(m

9、2七，儿2‘，0其他(3)下采样的互功率谱是一个经过％(u’，口7)滤波的e-i(u't0+v'y0)函数，(3)式日～(Ⅱ’，秽’)进行傅立叶反变换，得到近似sinc函数。所以得到：c㈠小等等茅×等器芋(4)其中肘，Ⅳ为图像在亚像素的配准过程中的下采样倍数(下采样倍数大小实际上是精度的体现)。由于傅立叶变换中频谱功率都集中在像素的(0，0)，(1，0)和(0，1)，所以可以得到：鱼一旦f!：Q!N±C(0，0)一C(1，0)址N丽C嚣00鸟c(丽o(5)±(，)一，1)⋯7得到平移量后，然后图像进行平移还原。即G7(H，移)=G(“，

10、∥)·ei(XoU+删’其中G’(M，13)为g’(x,y)的傅立叶变换。2配准算法仿真结果图1配准仿真结果图根据以上算法对遥感图进行仿真，参考图像和待配准图像之间有1／4个像元的搿方向的平移，通过算法计算