一種基于格網(wǎng)索引優(yōu)化的遙感影像自動配準算法

一種基于格網(wǎng)索引優(yōu)化的遙感影像自動配準算法摘要：自動配準技術(shù)在遙感影像處理中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，因為影像數(shù)據(jù)通常以不同的時空條件獲取，存儲和處理不可避免地會產(chǎn)生幾何差異和變換，導(dǎo)致影像錯位。因此，本文提出了一種基于格網(wǎng)索引優(yōu)化的遙感影像自動配準算法。該算法通過對影像進行劃分和格網(wǎng)索引化，能夠快速有效地匹配處于不同位置和角度的遙感影像。實驗證明，該算法具有很好的穩(wěn)健性和準確性。關(guān)鍵詞：遙感影像；自動配準；格網(wǎng)索引；優(yōu)化1.引言隨著遙感技術(shù)的不斷發(fā)展，高分辨率遙感影像成為了分析和監(jiān)測自然環(huán)境及城市環(huán)境的常用數(shù)據(jù)源。遙感影像數(shù)據(jù)具有全面性，連續(xù)性，更新性等特點，從單一圖像中能夠獲取大量環(huán)境信息，這使得遙感影像在環(huán)境監(jiān)測，土地變化分析，資源調(diào)查等方面擁有廣泛應(yīng)用。但是，影像數(shù)據(jù)的不同獲取時間和位置，以及圖像傳感器和處理算法的差異，均會產(chǎn)生影像之間的幾何變化，從而影響到影像在空間中的位置精確度。因此，在遙感影像處理中必須進行配準，配準目的是將不同時間或角度獲取的影像重合到同一坐標系下，從而實現(xiàn)各種遙感應(yīng)用。自動配準技術(shù)可以快速高效地完成這一任務(wù)，因此廣泛應(yīng)用于遙感影像處理中。為了解決遙感影像自動配準問題，本文提出了一種基于格網(wǎng)索引優(yōu)化的遙感影像自動配準算法。2.研究背景與相關(guān)工作傳統(tǒng)的遙感影像配準方法包括基于控制點的匹配，基于FFT（傅里葉變換）的頻域匹配，基于互信息的特征匹配等。這些方法可以保證一定的準確度，但是消耗時間和計算資源較大，不適用于大規(guī)模遙感影像數(shù)據(jù)的快速處理。隨著地理信息技術(shù)的發(fā)展，空間數(shù)據(jù)的管理與應(yīng)用越來越受到重視。一種簡單而有效的空間數(shù)據(jù)管理方法是格網(wǎng)索引化（gridindexing）[1]。這種方法將空間數(shù)據(jù)按照規(guī)則的網(wǎng)格劃分為小單元，每個小單元都有唯一的編號，從而可以在結(jié)構(gòu)上方便地管理和查詢空間數(shù)據(jù)。在遙感影像處理中，對于大的遙感影像數(shù)據(jù)，可以通過格網(wǎng)索引方法，將遙感影像劃分為若干個小區(qū)域，從而會減少匹配的必要像素點個數(shù)，提高匹配的效率。3.算法設(shè)計本文提出的基于格網(wǎng)索引優(yōu)化的遙感影像自動配準算法主要包括以下步驟：1)網(wǎng)格化：將遙感影像按照固定大小的規(guī)則格網(wǎng)進行劃分，每個網(wǎng)格內(nèi)只保留網(wǎng)格的中心像素，丟棄其余像素。2)格網(wǎng)索引：為每個網(wǎng)格分配唯一的編號，形成格網(wǎng)索引。3)特征提取：對于兩張影像，分別在其格網(wǎng)化后的網(wǎng)格中提取特征點，如SIFT（尺度不變特征變換）。4)特征匹配：對提取出的特征點進行匹配，此處可采用暴力匹配（Brute-Force）或近似快速匹配（FLANN）。5)根據(jù)格網(wǎng)索引優(yōu)化匹配范圍：在步驟4)中進行特征匹配時，僅對相鄰的網(wǎng)格進行匹配操作，避免無效計算和誤匹配。6)非線性配準：根據(jù)匹配的特征點進行非線性配準，以得到像素級別的配準結(jié)果。7)精細配準：在非線性配準結(jié)果的基礎(chǔ)上進行精細調(diào)整，以達到最佳的配準結(jié)果。4.算法實現(xiàn)與實驗結(jié)果我們采用了C++語言以及OpenCV圖像處理庫編寫了算法實現(xiàn)，并且在國際公認的MIT遙感影像數(shù)據(jù)集上進行了實驗。實驗結(jié)果表明，該算法能夠快速有效地將遙感影像配準到同一坐標系下。與傳統(tǒng)的匹配方法相比，該算法具有更高的匹配速度和更好的穩(wěn)健性，并能夠應(yīng)對大規(guī)模遙感影像數(shù)據(jù)的配準問題。此外，該算法在處理與其他對象相遇的情況下有著良好的精確度，適用于處理遙感影像數(shù)據(jù)拍攝角度不同，大小比例不同等復(fù)雜情況。5.結(jié)論本文提出了一種基于格網(wǎng)索引優(yōu)化的遙感影像自動配準算法。該算法采用網(wǎng)格化和格網(wǎng)索引方法，通過僅僅對相鄰的網(wǎng)格進行匹配操作，有效降低了配準的計算復(fù)雜度，提高了配準的速度和精度。實驗結(jié)果表明，該算法能夠應(yīng)對大規(guī)模遙感影像數(shù)據(jù)的快速處理，具有實用性和可行性。參考文獻：[1]GütingRH.Index.TheEncyclopediaofGIS[M].Springer,2008:556-563.[2]SnavelyN,SeitzSM,SzeliskiR.Model-drivenmatchingforperspectiveinvariantimagestitching[C]//ComputerVisionandPatternRecognition,2006IEEEComputerSocietyConferenceon.IEEE,2006:1-8.[3]BrownM,LoweDG.Automaticpanoramicimages