[发明专利]基于相位一致性和SIFT的SAR图像配准方法

说明书

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，更进一步涉及雷达图像处理技术领域中的一种基于相位一致性尺度不变特征转换(Scale Invariant Feature Transform,SIFT)的合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)图像配准的方法。本发明可用于不同波段、不同时相、不同极化方式的SAR图像配准和图像校正。

背景技术

图像配准是对取自不同时间、不同视角或不同传感器的同一景物的两幅或多幅图像进行匹配、叠加的过程。它的主要目的是消除或减少基准图像和待校正图像之间由于成像条件不同所引起的几何形变，从而获得具有几何一致性（最佳空间位置匹配）的两幅图像。它在图像融合、多时相图像变化检测等领域都得到了广泛的应用。

英属哥伦比亚大学申请的专利“Method and apparatus for identifying scale invariant features in an image and use of same for locating an object in an image”（申请号：US09/519,893，公开号：US6711293B1）提出了一种构建SIFT特征描述子的方法。该方法通过对图像进行高斯滤波生成差分高斯尺度空间，然后在尺度空间上寻找极值点，并对极值点进行筛选找出稳定特征点，最后提取稳定特征点周围邻域局部特性，生成SIFT特征描述子。由于提取的SIFT特征具有尺度和旋转不变性，且对光照变化和视觉变化具有不变性，因而被成功应用于光学图像配准领域。该方法存在的不足之处在于，采用SIFT对SAR图像进行特征提取时，由于SAR图像存在大量的乘性斑点噪声，严重影响了根据图像灰度信息所提取到的特征点，使得检测到的稳定特征点数量减少，而在对特征点进行匹配时，图像中依赖特征点周围邻域灰度信息生成的特征向量相关性较差，使得错误匹配点对数量增加，因此SIFT方法不能为SAR图像配准提供大量且准确的特征匹配点对，从而导致配准失效或配准精度较低的情况。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种基于相位一致性和尺度不变特征转换SIFT的合成孔径雷达SAR图像配准方法，可以更好的滤除大量由于乘性斑点噪声引起的错误特征点，解决了现有技术中进行合成孔径雷达SAR图像配准时效果不好的问题。

实现本发明的思路是，首先提取参考图像和待配准图像的SIFT特征，然后利用相位一致性信息，双向匹配和匹配点对间距离比值相近原则对SIFT特征点进行筛选，最后采用最小二乘法，计算参考图像和待配准图像之间的仿射矩阵，得到待配准图像的几何形变参数，将待配准图像进行几何变换，得到配准结果。

实现本发明的具体步骤如下：

(1)输入两幅图像：

任选一幅作为参考图像，将另一幅作为待配准图像；

(2)提取SIFT特征：

(2a)生成参考图像和待配准图像的高斯差分尺度空间图像；

(2b)提取参考图像和待配准图像的特征点；

(2c)生成参考图像和待配准图像的特征点描述符；

(3)筛选特征点：

(3a)按照下式，计算高斯差分尺度空间图像像素点的相位一致性信息：

其中，P表示高斯差分尺度空间图像像素点的相位一致性信息，Σ(·)表示求和操作，n表示对数加伯Gabor滤波器尺度的标记，W表示频率扩展的权重系数，A_n表示对数加伯Gabor滤波器在第n尺度下的幅值，Δφ_n表示对数加伯Gabor滤波器在第n尺度下的相位偏移，ε表示避免分母为零而引入的小数，T表示对数加伯Gabor滤波器的噪声能量，表示仅取正值的运算操作；

(3b)特征点的相位一致性信息大于0.01时，则将该点作为候选特征点，滤除那些相位一致性小于0.01的特征点；

(4)滤除错误匹配点对：

(4a)采用双向匹配方法，滤除候选特征点中的错误特征点，得到参考图像和待配准图像的初始匹配点对集合；

(4b)根据匹配点对间距离比值相近原则，滤除初始匹配点对集合中的错误匹配点对；

(5)获得几何形变参数：

采用最小二乘法，计算参考图像和待配准图像之间的仿射矩阵，得到待配准图像的几何形变参数；

(6)得到配准结果：

利用得到的几何形变参数，将待配准图像进行几何变换，得到配准结果。

本发明与现有技术相比具有以下优点：