無人機遙感圖像拼接關鍵技術研究.pdf

1、無人機遙感是一種新的遙感手段，因其具有高效、靈活、快速、低成本及高分辨率等特點，近年來呈現良好的發(fā)展勢頭。無人機遙感在很多領域都取得了較為廣泛的應用，包括農業(yè)、林業(yè)、電力、國土資源、城市規(guī)劃等。尤其在農業(yè)方面，無人機廣泛應用于農情監(jiān)測、病蟲害監(jiān)測、作物養(yǎng)分分析、作物長勢監(jiān)測等方面，可以幫助農業(yè)生產人員及時、準確地獲取作物生長信息，可為減災降災和應急指揮提供科學依據，現已取得了較為理想的應用效果，具有廣闊的應用前景。
　　但是，由于

2、無人機遙感平臺在航拍過程中，受到飛行高度和相機焦距等的限制，所獲取的單幅圖像覆蓋范圍較小，往往無法覆蓋整個所需區(qū)域，因此，為獲取整個目標區(qū)域信息，就需將獲取的多張遙感圖像拼接融合成一幅全景圖像。無人機遙感圖像拼接是后續(xù)進行遙感解譯與分析的基礎，拼接的質量與效果直接決定著解譯與分析的準確性，因此，開展無人機遙感圖像拼接技術研究具有重要的現實意義。
　　本文對國內外遙感圖像拼接技術進行了深入研究與學習，比較和分析了現有的遙感圖像拼接技

3、術的特點，基于遙感圖像拼接流程，重點開展了無人機遙感圖像預處理技術、遙感圖像配準技術和遙感圖像融合技術的研究，主要研究工作如下:
　　(1)遙感圖像預處理。遙感圖像預處理是遙感圖像拼接非常重要的一步，直接決定著圖像拼接的精度。無人機在兩次航拍間隔，由于光照強度和入射角變化，相鄰兩幅影像可能會產生較大色差，表現為圖像亮度、飽和度不一致等，因此，必須對圖像進行輻射校正，以消除圖像色差對拼接的影響。鑒于無人機在航拍過程中，相鄰的兩幅圖像

4、拍攝時間很短，受大氣和光照等條件的影響差異相對較小，因此，本文采用直方圖匹配法進行相對輻射校正，通過調整參考圖像的直方圖使之與待拼接圖像直方圖匹配，從校正結果看，校正后的圖像與待拼接圖像在亮度和色調上基本趨于一致，很好地實現了兩幅圖像的平滑過渡。此外，由于無人機體積小，重量輕，受氣流影響較大，穩(wěn)定性和抗風能力較差，飛行姿態(tài)傾斜、抖動現象難以避免，這些都會對獲取的遙感圖像產生直接的影響，導致圖像發(fā)生畸變，本文通過像點坐標變換、圖像重采樣等

5、對畸變圖像進行幾何校正，以消除幾何畸變對圖像的影響，滿足圖像配準的需要。
　　幾何校正具有計算量大、耗時長的特點，為了提高幾何校正的處理速度，針對無人機遙感圖像，本文提出了一種基于分布式處理的并行幾何校正算法。該算法使得處理器計算所需的數據均存儲在本地，避免了處理器之間通信，很好地解決了數據的局部性問題，提高了并行處理效率，在機群系統中，對并行幾何校正和串行幾何校正算法進行了測試、比較與分析，實驗結果表明，并行幾何校正算法具有較好

6、的并行性能，大大提高了遙感圖像的幾何校正的處理速度。
　　(2)遙感圖像配準技術研究。圖像配準是圖像拼接技術體系的核心，圖像配準的精度直接決定著圖像拼接的質量。由于SIFT算法對旋轉、平移、縮放、亮度變化保持不變性，對視角變化、仿射變換、噪聲也保持一定程度的穩(wěn)定性，因此，該算法非常適于無人機遙感圖像配準，本文基于SIFT算法進行特征點提取。
　　特征點匹配過程中，由于相鄰圖像的自相似性，經常會出現一對多或多對一的錯誤匹配，登

7、須加以剔除。本文提出了采用對極幾何約束和單應性約束的方法剔除錯誤匹配特征點，首先通過對極幾何約束縮小搜索范圍消除一部分錯誤特征點，然后基于獲得的正確的匹配點對建立單應性變換矩陣模型，進一步消除圖像中的錯誤特征匹配，提高匹配精度，并采用RANSAC算法剔除外點，對匹配特征點進行提純，實現了圖像特征點的精匹配。
　　(3)遙感圖像融合技術研究。圖像融合的目的就是將配準后的圖像基于一定的變換模型合并為一幅圖像，兩幅圖像應做到無縫拼接，不

8、應該出現拼接痕跡，過渡自然。無人機獲取的遙感圖像，由于受到光照變化和傳感器入射角度變化影響，相鄰圖像間會存在亮度與色度差異，圖像若直接用于拼接，則在兩幅圖像的重疊區(qū)域會形成明顯的拼接痕跡，出現“鬼影”現象。
　　針對這一問題，本文提出了采用最佳縫合線的方法來消除“鬼影”，首先采用基于動態(tài)規(guī)劃的最佳縫合線搜索，但是采用該搜索策略，若某一條縫合線存在一些較大的誤差點，將導致“鬼影”無法徹底消除，得到的縫合線是局部最優(yōu)化縫合線，不能獲取