CN104794680A - 基于同一卫星平台的多相机图像镶嵌方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于同一卫星平台的多相机图像镶嵌方法及装置，能够对同一卫星平台的多个相机图像进行快速镶嵌，且适用范围较广。所述方法包括：获取同一个卫星平台的多个待镶嵌的相机图像；对于当前待镶嵌的两个相机图像，从该两个相机图像中选取一个相机图像作为基准图像，选取另一个作为待校正图像；计算所述基准图像与所述待校正图像之间的空间位置偏差和色彩偏差；利用所述空间位置偏差和色彩偏差对所述待校正图像进行校正；将所述基准图像与校正后的待校正图像进行拼接。

Description

基于同一卫星平台的多相机图像镶嵌方法及装置

技术领域

本发明涉及环境监测领域，具体涉及一种基于同一卫星平台的多相机图像镶嵌方法及装置。

背景技术

遥感图像的镶嵌匀色一直是遥感图像研究的基础与热点，尤其是针对光学多光谱数据。在现有文献中，学者对多光谱图像镶嵌匀色的方法进行了多方面的研究，也创立了很多方法模型，比如直方图匹配、自动拼接线生成、最大增益法模型、羽化等方法。常规的镶嵌匀色需要对影像进行高精度的几何校正，且待镶嵌影像之间的重叠不宜过小。

但目前我国的环境一号、高分一号等卫星搭载的多个相机的幅宽较大，这就使得多个相机图像相互之间的重叠范围较小，利用常规的融合方法难以快速得到高精度镶嵌图像。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种基于同一卫星平台的多相机图像镶嵌方法及装置，能够对同一卫星平台的多个相机图像进行快速镶嵌，以形成更大范围的图像覆盖，且适用范围较广。

为此目的，一方面，本发明提出一种基于同一卫星平台的多相机图像镶嵌方法，包括：

获取同一个卫星平台的多个待镶嵌的相机图像；

对于当前待镶嵌的两个相机图像，从该两个相机图像中选取一个相机图像作为基准图像，选取另一个作为待校正图像；

计算所述基准图像与所述待校正图像之间的空间位置偏差和色彩偏差；

利用所述空间位置偏差和色彩偏差对所述待校正图像进行校正；

将所述基准图像与校正后的待校正图像进行拼接。

另一方面，本发明提出一种基于同一卫星平台的多相机图像镶嵌装置，包括：

相机图像获取单元，用于获取同一个卫星平台的多个待镶嵌的相机图像；

选取单元，用于对于当前待镶嵌的两个相机图像，从该两个相机图像中选取一个相机图像作为基准图像，选取另一个作为待校正图像；

计算单元，用于计算所述基准图像与所述待校正图像之间的空间位置偏差和色彩偏差；

第一校正单元，用于利用所述空间位置偏差和色彩偏差对所述待校正图像进行校正；

拼接单元，用于将所述基准图像与校正后的待校正图像进行拼接。

本发明实施例所述的基于同一卫星平台的多相机图像镶嵌方法及装置，利用同一平台相机图像之间的空间位置偏差对待校正图像进行校正，相较于常规镶嵌方法，不需要对相机图像进行高精度的几何校正，从而较现有技术能够更快速地实现同一平台多相机图像的镶嵌；利用同一平台相机图像之间的色彩偏差对待校正图像进行校正，相较于常规镶嵌方法，不对相机图像的重叠面积进行严格要求，从而较现有技术适用性更广泛。

附图说明

图1为本发明基于同一卫星平台的多相机图像镶嵌方法一实施例的流程示意图；

图2为本发明基于同一卫星平台的多相机图像镶嵌装置一实施例的方框结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本实施例公开一种基于同一卫星平台的多相机图像镶嵌方法，包括：

S1、获取同一个卫星平台的多个待镶嵌的相机图像；

S2、对于当前待镶嵌的两个相机图像，从该两个相机图像中选取一个相机图像作为基准图像，选取另一个作为待校正图像；

S3、计算所述基准图像与所述待校正图像之间的空间位置偏差和色彩偏差；

S4、利用所述空间位置偏差和色彩偏差对所述待校正图像进行校正；

S5、将所述基准图像与校正后的待校正图像进行拼接。

本发明实施例所述的基于同一卫星平台的多相机图像镶嵌方法，利用同一平台相机图像之间的空间位置偏差对待校正图像进行校正，相较于常规镶嵌方法，不需要对相机图像进行高精度的几何校正，从而较现有技术能够更快速地实现同一平台多相机图像的镶嵌；利用同一平台相机图像之间的色彩偏差对待校正图像进行校正，相较于常规镶嵌方法，不对相机图像的重叠面积进行严格要求，从而较现有技术适用性更广泛。

可选地，在本发明基于同一卫星平台的多相机图像镶嵌方法的实施例中，在所述计算所述基准图像与所述待校正图像之间的空间位置偏差和色彩偏差之前，还包括：

对所述基准图像和所述待校正图像进行***几何校正；

其中，所述计算所述基准图像与所述待校正图像之间的空间位置偏差和色彩偏差，包括：

计算***几何校正后的基准图像与***几何校正后的待校正图像之间的空间位置偏差和色彩偏差。

可选地，在本发明基于同一卫星平台的多相机图像镶嵌方法的实施例中，所述计算所述基准图像与所述待校正图像之间的空间位置偏差，包括：

从所述基准图像中提取匹配窗口图像V1，从所述待校正图像中提取要与所述匹配窗口图像V1进行匹配的匹配窗口图像V2；

通过对所述匹配窗口图像V1和V2进行灰度匹配，获取同名像素点对；

从所述同名像素点对中选取距离中心点最近的同名像素点对，获取该同名像素点对中属于所述匹配窗口图像V1的像素点M1的坐标Z1和属于所述匹配窗口图像V2的像素点M2的坐标Z2，并将Z2-Z1作为所述基准图像与所述待校正图像之间的空间位置偏差。

本发明实施例中，通过分析同平台相机之间几何偏差，突破了常规镶嵌方法要求精校正图像的条件，能够快速地实现同平台多相机的镶嵌。

可选地，在本发明基于同一卫星平台的多相机图像镶嵌方法的实施例中，计算所述基准图像与所述待校正图像之间的色彩偏差，包括：

获取所述像素点M1的遥感影像像元亮度值DN1和所述像素点M2的遥感影像像元亮度值DN2；

根据所述DN1和DN2计算所述基准图像与所述待校正图像之间的色彩偏差a，计算公式为：a＝(DN2-DN1)/DN2。

本发明实施例中，虽然图像来源于性质相同的多光谱相机，但由于产品内部的差别、上天后的一些变化，同名点对的遥感影像像元亮度值并不相同，考虑到现有定标系数的准确性，因此，采用色彩偏差线性纠正的方法。通过分析同平台相机之间色彩偏差，突破了常规匀色利用重叠区匹配或载荷定标的方法要求较大范围的重叠面积、高精度的定标系数等条件，方法简单实用，适用性较广泛。

可选地，在本发明基于同一卫星平台的多相机图像镶嵌方法的实施例中，所述利用所述空间位置偏差和色彩偏差对所述待校正图像进行校正，包括：

设置所述待校正图像上坐标为Z的像素点的坐标为Z-(Z2-Z1)；

对所述待校正图像上的每一个像素点i，计算该像素点的遥感影像像元亮度值Dni与(1-a)的乘积Dni*(1-a)，比较所述Dni*(1-a)与预设的阈值的大小，在所述Dni*(1-a)大于所述阈值时，更新该像素点的遥感影像像元亮度值为所述阈值。

以两景环境一号卫星同时获取的CCD1、CCD2图像的快速镶嵌为例说明本发明的具体实现过程，步骤如下：

(1)确定基准图像。根据先中间再两边，先左后右的原则，选择CCD2图像位基准图像，以基准图像为基准，其它景的图像向基准图像配齐；

(2)对步骤(1)中的所有图像进行***几何校正。由于环境一号卫星图像已经过***几何校正，此步可略去(在其它实施例中，如果图像是没有校正的1级数据，则首先需要利用自带的RPC文件进行***几何校正)。

(3)将步骤(2)中得到的所有待镶嵌影像提取匹配窗口W1和W2(W1为对基准图像CCD2提取的匹配窗口，W2为对待校正图像CCD1提取的匹配窗口)。从CCD2图像的头文件中可以得到图像数据区的基本定位：

<dataUpperLeftX>134391.629806</dataUpperLeftX>

<dataUpperLeftY>4531145.164390</dataUpperLeftY>

<dataUpperRightX>530611.997290</dataUpperRightX>

<dataUpperRightY>4459331.206997</dataUpperRightY>

<dataLowerLeftX>52982.377362</dataLowerLeftX>

<dataLowerLeftY>4178432.664986</dataLowerLeftY>

<dataLowerRightX>448206.001078</dataLowerRightX>

<dataLowerRightY>4105849.242441</dataLowerRightY>。

基准影像匹配窗口(W1、W2)的右下角坐标可以是：

X1＝(<dataUpperRightX>+<dataLowerRightX>)/2；

Y1＝(<dataUpperRightY>+<dataLowerRightY>)/2。

左上角坐标可以是：

X2＝X1-256*30；

Y2＝Y1+256*30。

考虑到图像均已经做过***几何校正，因此图像之间的相互偏差不大(一般1公里以内)，在有效值区域(图像区域)重叠边缘中点位置取256*256像素小窗图像作为匹配窗口图像V1和V2(V1为匹配窗口W1图像，V2为匹配窗口W2图像)。

(4)对V1和V2进行灰度匹配，匹配同名点。由于图像较小(256*256)，可以逐点进行灰度匹配，匹配窗口可为5*5像素大小，搜索半径为64个像素。同名点的条件为相关系数大于预设的阈值(比如0.75)，灰度值差小于预设的阈值(比如5％)。

(5)计算图像之间空间位置偏差。在(4)中得到的同名点对中，取离中心点最近的一对同名点(m)，在待校正影像上的坐标为(480903.812，4280991.595)，在基准影像上的坐标为(481050.127，4281576.854)，计算图像空间位置偏差。计算方式为Z2-Z1＝(480903.812-481050.127，4280991.595-4281576.854)＝(-146.315，-585.259)。

(6)计算图像之间色彩偏差。采用色彩偏差线性纠正的方法，计算同名点(m)在两景图像上的遥感影像像元亮度值差(DN值差)，波段1：a1＝(45-47)/45＝-4％，依次可自动计算波段2、3、4。

(7)校正待校正影像。利用(5)(6)获取的待校正图像与基准图像之间的空间偏差、色彩偏差，纠正图像。计算方式为：Z-(Z2-Z1)＝(x+146.315，y+585.259)。对待校正图像上的每一个像素点i，计算该像素点的DN值Dni与(1-a1)的乘积Dni*(104％)，比较所述Dni*(104％)与预设的阈值max的大小，在Dni*(104％)大于所述阈值max时，更新该像素点的DN值为所述阈值max。

(8)两景图像拼接。

利用基准图像和校正后的影像进行直接拼接，成为一景影像。如有其他需要拼接的同一平台相机图像，可以从(1)开始重复。

本发明实施例中，对于同平台多光谱相机，可以快速地获取镶嵌影像，且流程为自动化方案，可以由计算机自动实现，大大加快图像处理的自动化水平。

参看图2，本实施例公开一种基于同一卫星平台的多相机图像镶嵌装置，包括：

相机图像获取单元1，用于获取同一个卫星平台的多个待镶嵌的相机图像；

选取单元2，用于对于当前待镶嵌的两个相机图像，从该两个相机图像中选取一个相机图像作为基准图像，选取另一个作为待校正图像；

计算单元3，用于计算所述基准图像与所述待校正图像之间的空间位置偏差和色彩偏差；

第一校正单元4，用于利用所述空间位置偏差和色彩偏差对所述待校正图像进行校正；

拼接单元5，用于将所述基准图像与校正后的待校正图像进行拼接。

本发明实施例所述的基于同一卫星平台的多相机图像镶嵌装置，利用同一平台相机图像之间的空间位置偏差对待校正图像进行校正，相较于常规镶嵌方法，不需要对相机图像进行高精度的几何校正，从而较现有技术能够更快速地实现同一平台多相机图像的镶嵌；利用同一平台相机图像之间的色彩偏差对待校正图像进行校正，相较于常规镶嵌方法，不对相机图像的重叠面积进行严格要求，从而较现有技术适用性更广泛。

可选地，在本发明基于同一卫星平台的多相机图像镶嵌装置的实施例中，还包括：

第二校正单元，用于在所述计算单元计算所述基准图像与所述待校正图像之间的空间位置偏差和色彩偏差之前，对所述基准图像和所述待校正图像进行***几何校正；

其中，所述计算单元，用于计算***几何校正后的基准图像与***几何校正后的待校正图像之间的空间位置偏差和色彩偏差。

可选地，在本发明基于同一卫星平台的多相机图像镶嵌装置的实施例中，所述计算单元，包括：

匹配窗口图像提取子单元，用于从所述基准图像中提取匹配窗口图像V1，从所述待校正图像中提取要与所述匹配窗口图像V1进行匹配的匹配窗口图像V2；

同名像素点对获取子单元，用于通过对所述匹配窗口图像V1和V2进行灰度匹配，获取同名像素点对；

空间位置偏差计算子单元，用于从所述同名像素点对中选取距离中心点最近的同名像素点对，获取该同名像素点对中属于所述匹配窗口图像V1的像素点M1的坐标Z1和属于所述匹配窗口图像V2的像素点M2的坐标Z2，并将Z2-Z1作为所述基准图像与所述待校正图像之间的空间位置偏差。

可选地，在本发明基于同一卫星平台的多相机图像镶嵌装置的实施例中，计算单元，包括：

遥感影像像元亮度值获取子单元，用于获取所述像素点M1的遥感影像像元亮度值DN1和所述像素点M2的遥感影像像元亮度值DN2；

色彩偏差计算子单元，用于根据所述DN1和DN2计算所述基准图像与所述待校正图像之间的色彩偏差a，计算公式为：a＝(DN2-DN1)/DN2。

可选地，在本发明基于同一卫星平台的多相机图像镶嵌装置的实施例中，所述第一校正单元，包括：

第一校正子单元，用于设置所述待校正图像上坐标为Z的像素点的坐标为Z-(Z2-Z1)；

第二校正子单元，用于对所述待校正图像上的每一个像素点i，计算该像素点的遥感影像像元亮度值Dni与(1-a)的乘积Dni*(1-a)，比较所述Dni*(1-a)与预设的阈值的大小，在所述Dni*(1-a)大于所述阈值时，更新该像素点的遥感影像像元亮度值为所述阈值。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种基于同一卫星平台的多相机图像镶嵌方法，其特征在于，包括：

获取同一个卫星平台的多个待镶嵌的相机图像；

对于当前待镶嵌的两个相机图像，从该两个相机图像中选取一个相机图像作为基准图像，选取另一个作为待校正图像；

计算所述基准图像与所述待校正图像之间的空间位置偏差和色彩偏差；

利用所述空间位置偏差和色彩偏差对所述待校正图像进行校正；

将所述基准图像与校正后的待校正图像进行拼接。

2.根据权利要求1所述的基于同一卫星平台的多相机图像镶嵌方法，其特征在于，在所述计算所述基准图像与所述待校正图像之间的空间位置偏差和色彩偏差之前，还包括：

对所述基准图像和所述待校正图像进行***几何校正；

其中，所述计算所述基准图像与所述待校正图像之间的空间位置偏差和色彩偏差，包括：

计算***几何校正后的基准图像与***几何校正后的待校正图像之间的空间位置偏差和色彩偏差。

3.根据权利要求1所述的基于同一卫星平台的多相机图像镶嵌方法，其特征在于，所述计算所述基准图像与所述待校正图像之间的空间位置偏差，包括：

从所述基准图像中提取匹配窗口图像V1，从所述待校正图像中提取要与所述匹配窗口图像V1进行匹配的匹配窗口图像V2；

通过对所述匹配窗口图像V1和V2进行灰度匹配，获取同名像素点对；

从所述同名像素点对中选取距离中心点最近的同名像素点对，获取该同名像素点对中属于所述匹配窗口图像V1的像素点M1的坐标Z1和属于所述匹配窗口图像V2的像素点M2的坐标Z2，并将Z2-Z1作为所述基准图像与所述待校正图像之间的空间位置偏差。

4.根据权利要求3所述的基于同一卫星平台的多相机图像镶嵌方法，其特征在于，计算所述基准图像与所述待校正图像之间的色彩偏差，包括：

获取所述像素点M1的遥感影像像元亮度值DN1和所述像素点M2的遥感影像像元亮度值DN2；

根据所述DN1和DN2计算所述基准图像与所述待校正图像之间的色彩偏差a，计算公式为：a＝(DN2-DN1)/DN2。

5.根据权利要求4所述的基于同一卫星平台的多相机图像镶嵌方法，其特征在于，所述利用所述空间位置偏差和色彩偏差对所述待校正图像进行校正，包括：

设置所述待校正图像上坐标为Z的像素点的坐标为Z-(Z2-Z1)；

对所述待校正图像上的每一个像素点i，计算该像素点的遥感影像像元亮度值Dni与(1-a)的乘积Dni*(1-a)，比较所述Dni*(1-a)与预设的阈值的大小，在所述Dni*(1-a)大于所述阈值时，更新该像素点的遥感影像像元亮度值为所述阈值。

6.一种基于同一卫星平台的多相机图像镶嵌装置，其特征在于，包括：

相机图像获取单元，用于获取同一个卫星平台的多个待镶嵌的相机图像；

选取单元，用于对于当前待镶嵌的两个相机图像，从该两个相机图像中选取一个相机图像作为基准图像，选取另一个作为待校正图像；

计算单元，用于计算所述基准图像与所述待校正图像之间的空间位置偏差和色彩偏差；

第一校正单元，用于利用所述空间位置偏差和色彩偏差对所述待校正图像进行校正；

拼接单元，用于将所述基准图像与校正后的待校正图像进行拼接。

7.根据权利要求6所述的基于同一卫星平台的多相机图像镶嵌装置，其特征在于，还包括：

第二校正单元，用于在所述计算单元计算所述基准图像与所述待校正图像之间的空间位置偏差和色彩偏差之前，对所述基准图像和所述待校正图像进行***几何校正；

其中，所述计算单元，用于计算***几何校正后的基准图像与***几何校正后的待校正图像之间的空间位置偏差和色彩偏差。

8.根据权利要求6所述的基于同一卫星平台的多相机图像镶嵌装置，其特征在于，所述计算单元，包括：

匹配窗口图像提取子单元，用于从所述基准图像中提取匹配窗口图像V1，从所述待校正图像中提取要与所述匹配窗口图像V1进行匹配的匹配窗口图像V2；

同名像素点对获取子单元，用于通过对所述匹配窗口图像V1和V2进行灰度匹配，获取同名像素点对；

空间位置偏差计算子单元，用于从所述同名像素点对中选取距离中心点最近的同名像素点对，获取该同名像素点对中属于所述匹配窗口图像V1的像素点M1的坐标Z1和属于所述匹配窗口图像V2的像素点M2的坐标Z2，并将Z2-Z1作为所述基准图像与所述待校正图像之间的空间位置偏差。

9.根据权利要求8所述的基于同一卫星平台的多相机图像镶嵌装置，其特征在于，计算单元，包括：

遥感影像像元亮度值获取子单元，用于获取所述像素点M1的遥感影像像元亮度值DN1和所述像素点M2的遥感影像像元亮度值DN2；

色彩偏差计算子单元，用于根据所述DN1和DN2计算所述基准图像与所述待校正图像之间的色彩偏差a，计算公式为：a＝(DN2-DN1)/DN2。

10.根据权利要求9所述的基于同一卫星平台的多相机图像镶嵌装置，其特征在于，所述第一校正单元，包括：

第一校正子单元，用于设置所述待校正图像上坐标为Z的像素点的坐标为Z-(Z2-Z1)；

第二校正子单元，用于对所述待校正图像上的每一个像素点i，计算该像素点的遥感影像像元亮度值Dni与(1-a)的乘积Dni*(1-a)，比较所述Dni*(1-a)与预设的阈值的大小，在所述Dni*(1-a)大于所述阈值时，更新该像素点的遥感影像像元亮度值为所述阈值。