一種用于基于超像素sift航拍地圖拼接的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及地理遙感W及圖像處理領(lǐng)域，特別設(shè)及一種用于基于超像素SIFT航 拍地圖拼接的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 航拍地圖是由無人機(jī)在高空利用高空相機(jī)拍攝得到的。由于無人機(jī)飛行的高度和 相機(jī)焦距的限制，單幅航拍地圖很難包含目標(biāo)的所有內(nèi)容。因此航拍地圖拼接成為航拍地 圖處理的關(guān)鍵問題。
[0003] 圖像拼接技術(shù)就是把若干幅有重疊內(nèi)容的圖像合成一幅大視角寬幅面的圖像，該 技術(shù)作為合成航拍地圖的工具得到較快發(fā)展。圖像拼接的關(guān)鍵技術(shù)是配準(zhǔn)，配準(zhǔn)需要根據(jù) 圖像之間重疊區(qū)的一致性求出圖像之間的投影變換。
[0004] 關(guān)于圖像拼接的方法可W分為基于像素的方法和基于特征的方法。當(dāng)拼接圖像 在亮度及對比度等方面出現(xiàn)較明顯差異時(shí)，基于像素的方法往往拼接效果欠佳甚至拼接失 敗，而基于特征的方法匹配效果相對穩(wěn)定，運(yùn)算效率也較高。在基于特征的方法中，SIFT是 目前研究最多、應(yīng)用最廣的一種特征。Brown在2003年ICCV大會上做了如何將無序圖像拼 接成為全景圖的報(bào)告W，他使用SIFT算法進(jìn)行圖像拼接，取得了令人矚目的尚佳效果。ZJ 化0、H化ang利用Harris角點(diǎn)檢測提取SIFT特征再進(jìn)行圖像拼接?，拼接效果在去噪及 幾何校正等方面顯現(xiàn)優(yōu)勢。Bay等人針對基于SIFT的拼接方法計(jì)算量大的問題，在SIFT的 基礎(chǔ)上引入積分圖像概念，提出了 SURF算法，該算法在一定程度上提高了特征提取的速 度。
[0005] 發(fā)明人在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在W下缺點(diǎn)和不足：
[0006] 首先，文獻(xiàn)山的方法要求待拼接圖像具有較大的視差和光照變化；文獻(xiàn)凹方法 的去噪和幾何矯正能力對低對比度圖像不敏感。文獻(xiàn)W方法的高效率圖像拼接W犧牲拼 接準(zhǔn)確率為代價(jià)。另外，航拍地圖通常具有分辨率高、富含相似結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，前者致使基于 SIFT特征的圖像配準(zhǔn)耗時(shí)較大，后者因?yàn)镾IFT特征攜帶著局部鄰域信息，使之對局部相似 的特征點(diǎn)易發(fā)生誤匹配，因此，需要對提取的匹配點(diǎn)做進(jìn)一步的篩選。該在準(zhǔn)確匹配點(diǎn)對的 比例較小時(shí)，RANSAC算法W的使用會進(jìn)一步降低拼接效率。
[0007] 【參考文獻(xiàn)】
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[0010] [3]Bay H, Tuytelaars T,Van Gool L Surf:Speeded up robust features[M]// Computer Vision-ECCV 2006. Springer Berlin Heide化erg, 2006:404-417.
[0011] [4]Fischler M A,Bolles 民 C.民andom sample consensus:a paradigm for model fitting with applications to image analysis and automated cartography[J]. Communications of 化e ACM, 1981，24巧）：381-395.

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明提供了一種用于基于超像素SIFT航拍地圖拼接的方法，本方法能實(shí)現(xiàn)航 拍地圖快速、高效拼接，減少計(jì)算量，提高準(zhǔn)確率。
[0013] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的一種用于基于超像素SIFT航拍地圖拼接 的方法，包括W下步驟：
[0014] 步驟一、對航拍地圖進(jìn)行超像素自適應(yīng)分割；包括：
[0015] 1-1、初始化：生成在二維圖像空間均勻隨機(jī)分布的K。個(gè)初始種子點(diǎn)P J，j = 1? K。，令a?=r?=0,0.5<A<l，t=l，其中A為迭代系數(shù)，t為迭代次數(shù)；
[0016] 1-2、計(jì)算圖像顏色標(biāo)準(zhǔn)差0，令j = 1，K = K〇;
[0017] 1-3、利用兩點(diǎn)間顏色差和距離求相似度函數(shù)s(i，k)，
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于基于超像素SIFT航拍地圖拼接的方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟一、對航拍地圖進(jìn)行超像素自適應(yīng)分割；包括： 1-1、初始化：生成在二維圖像空間均勻隨機(jī)分布的心個(gè)初始種子點(diǎn)ppj= 1?心，令 a?=r(?)= 〇, 〇? 5〈入〈1，t= 1，其中入為迭代系數(shù)，t為迭代次數(shù)； 1-2、計(jì)算圖像顏色標(biāo)準(zhǔn)差〇，令j= 1，K=K。； 1 _Q壬ll mTETT占1、51飾存r至壬士
來。1^ s(k，k) =Es(i，k) /N，i= 1 ?N，k= 1?N (5) 式⑴至式（5)中，s(i，k)表示第i個(gè)像素點(diǎn)與第k個(gè)像素點(diǎn)的相似度，dxy(i，k)表 示第i個(gè)像素點(diǎn)與第k個(gè)像素點(diǎn)的距離，dlab(i，k)表示第i個(gè)像素點(diǎn)與第k個(gè)像素點(diǎn)的顏 色差異，N表示圖像中的像素點(diǎn)數(shù)，ln、an、bn分別表示第n個(gè)像素點(diǎn)的三個(gè)顏色分量，孓、 ?、f分別表示全圖的三個(gè)顏色分量均值，xk、yk表示第k個(gè)像素點(diǎn)的坐標(biāo)； 1-4、按照順序在每一個(gè)種子點(diǎn)的鄰域內(nèi)計(jì)算其中各點(diǎn)的吸引度函數(shù)r(i，k)和歸屬度 函數(shù)a(i,k)，并開始迭代，其中吸引度函數(shù)和歸屬度函數(shù)分別為： r(i，k) =s(i,k)-maxk> ^k{a(i,k' )+s(i,k')} (6)
迭代公式分別為： r(t) (i, k)=人r(卜丄）（i, k) + (l-人）{s(i, k)-maxk，(i, k'）+s(i, k'）]} (8)
式（6)至式（9)中，i' = 1 ?N，k' = 1?N; 在迭代過程中，如果歸屬度函數(shù)和吸引度函數(shù)都不再發(fā)生變化或到達(dá)最大迭代次數(shù)， 則停止迭代； 1-5、將鄰域內(nèi)各吸引度函數(shù)和隸屬度函數(shù)之和最大的點(diǎn)作為新的種子點(diǎn)；與此同時(shí)， 刪除舊種子點(diǎn)； 1-6、重復(fù)執(zhí)行步驟1-3至1-5,直至圖像中全部種子點(diǎn)更新完畢； 1- 7、對更新完畢的種子點(diǎn)進(jìn)行排序查重，并使用相似度函數(shù)s(i，k)進(jìn)行聚類，得到若 干塊超像素； 步驟二、以步驟一得到的若干個(gè)超像素的顏色歸一化均值作為引導(dǎo)信息，獲得3?10 對超像素預(yù)匹配對，對所述超像素預(yù)匹配對提取SIFT特征，進(jìn)行SIFT特征匹配后剔除匹配 失敗的超像素預(yù)匹配對； 步驟三、在線生成監(jiān)督機(jī)制，得到滿足要求的匹配點(diǎn)對；包括： 3-1、使用RANSAC對步驟二保留下的其中一個(gè)超像素匹配對的特征匹配點(diǎn)對進(jìn)行精 選； 3-2、在上述超像素匹配對的四鄰域?qū)ふ移渌某袼仄ヅ鋵Γ? 3-3、以上述一對超像素內(nèi)特征點(diǎn)的信息作為其他的超像素區(qū)域內(nèi)特征點(diǎn)匹配的標(biāo)準(zhǔn)， 具體指超像素中兩個(gè)特征點(diǎn)距離與所匹配的超像素中對應(yīng)的兩個(gè)特征點(diǎn)距離的比值； 3-4、若匹配對數(shù)滿足設(shè)定的閾值，則執(zhí)行步驟四；否則返回步驟3-1 ; 步驟四、利用步驟三精選后的匹配點(diǎn)對計(jì)算變換矩陣，融合圖像，實(shí)現(xiàn)圖像拼接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于基于超像素SIFT航拍地圖拼接的方法，其特征在于，步驟 二的具體內(nèi)容為： 2- 1、計(jì)算由步驟一得到的每一個(gè)超像素的顏色歸一化均值，選擇兩幅待拼接圖像中顏 色相近的超像素進(jìn)行預(yù)配對，獲得3?10對超像素預(yù)匹配對； 2-2、對所述超像素預(yù)匹配對提取SIFT特征： 對所述超像素預(yù)匹配對生成一系列尺度空間的差分圖像；將各差分圖像的局部極值點(diǎn) 確定為初始特征點(diǎn)；去除不穩(wěn)定的特征點(diǎn)；使用128維描述向量對所述超像素預(yù)匹配對中 的特征點(diǎn)進(jìn)行描述； 2-3、使用k-d樹結(jié)構(gòu)進(jìn)行超像素中特征點(diǎn)的匹配，并剔除匹配失敗的超像素預(yù)匹配 對。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于基于超像素SIFT航拍地圖拼接的方法，其特征在于，步驟 四中的具體內(nèi)容為：從步驟三中獲得的滿足要求的匹配點(diǎn)對中選擇4組匹配點(diǎn)對的坐標(biāo)計(jì) 算出圖像變換矩陣的參數(shù)，完成待拼接圖像的坐標(biāo)變換；兩幅待拼接圖像的重疊區(qū)域使用 加權(quán)平均來均衡其光照的影響；若兩幅待拼接圖像尺度不同，則需要對尺度較小的圖像進(jìn) 行雙線性插值，以滿足拼接要求。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于基于超像素SIFT航拍地圖拼接的方法，包括：1)對航拍地圖進(jìn)行超像素自適應(yīng)分割；2)以步驟1)得到的若干個(gè)超像素的顏色歸一化均值作為引導(dǎo)信息，獲得3～10對超像素預(yù)匹配對，對所述超像素預(yù)匹配對提取SIFT特征，進(jìn)行SIFT特征匹配后剔除匹配失敗的超像素預(yù)匹配對；3)在線生成監(jiān)督機(jī)制，得到滿足要求的匹配點(diǎn)對；4)利用步驟3)精選后的匹配點(diǎn)對計(jì)算變換矩陣，融合圖像，實(shí)現(xiàn)圖像拼接。本發(fā)明方法實(shí)現(xiàn)了航拍地圖的快速、高效拼接；并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本方法的有效性。
【IPC分類】G06T5-50, G06T3-40
【公開號】CN104616247
【申請?zhí)枴緾N201510069517
【發(fā)明人】王萍, 王港
【申請人】天津大學(xué)
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年2月10日