無人機載框幅式高光譜影像的波段配準(zhǔn)研究.pdf

1、隨著遙感技術(shù)的迅速發(fā)展，使得人們對地探測的精度需求越來越高，而高光譜技術(shù)具有圖譜合一等特點，使其迅速成為定量遙感的研究熱點之一。高光譜圖像不僅可以準(zhǔn)確的反映地物自身特有的光譜特征還可以反映地物之間的光譜差異，將地物的空間分布與光譜反射特性有機的結(jié)合起來，突破以往的單方面研究現(xiàn)狀，因此，其在諸多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用與研究，其中在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用取得了長足進展，其在農(nóng)作物長勢監(jiān)測，病蟲害預(yù)防治，產(chǎn)量估測等方面的研究已經(jīng)十分深入。因此，對高光

2、譜技術(shù)的研究開展具有非常重要的意義。
　　目前，高光譜圖像的獲取涵蓋了衛(wèi)星，航空，地面多層次，多角度，多源化的數(shù)據(jù)采集方式，其中，由于衛(wèi)星平臺飛行高度與技術(shù)限制等條件的制約，使高光譜數(shù)據(jù)的質(zhì)量無論是在空間分辨率還是光譜分辨率上都不能滿足人們對于定量化研究的需求。而無人機平臺的出現(xiàn)可以有效的彌補衛(wèi)星平臺采集數(shù)據(jù)質(zhì)量不理想的這一缺陷，為農(nóng)業(yè)遙感定量化研究，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，智慧農(nóng)業(yè)的實現(xiàn)提供有力的數(shù)據(jù)保障及技術(shù)支持。對于無人機平臺而言，受到平

3、臺穩(wěn)定差，荷載量有限的因素的制約，使得傳統(tǒng)的推掃式光譜成像儀無法適用，而框幅式高光譜儀可以有效的克服沒有地理參考的數(shù)據(jù)處理工作，因此在無人機高光譜遙感領(lǐng)域有廣泛的發(fā)展前景。框幅式成像儀采集回來的原始數(shù)據(jù)同一景不同波段圖像是在飛行過程中獲取的，因此，波段圖像間存在較大的位移與姿態(tài)差異，這會使得原始圖像無法直接投入使用，在數(shù)據(jù)投入使用前要進行波段配準(zhǔn)工作來消除這種圖像間空間位置上的差異，而目前傳統(tǒng)配準(zhǔn)方法由于應(yīng)對圖像間灰度非線性變化還存在一

4、定的局限性，因此波段配準(zhǔn)的研究十分必要。
　　本文旨在研究框幅式高光譜數(shù)據(jù)的波段配準(zhǔn)方法。首先回顧了關(guān)于圖像配準(zhǔn)的研究現(xiàn)狀，并對框幅式光譜成像儀的成像原理及圖像特點進行了介紹，同時給出了基于特征點配準(zhǔn)一般過程的原理基礎(chǔ)。本文主要從兩個方面出發(fā)，對波段圖像間灰度差異與位移差異的影響進行深入分析，分別從匹配策略與優(yōu)化匹配方法兩種角度有效的實現(xiàn)了波段圖像間的配準(zhǔn)工作，主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)針對紋理豐富的一般場景下的匹配策略

5、展開研究，根據(jù)光譜成像儀的采集原理，設(shè)計了三種匹配方式，通過兩組對比實驗，分別針對配準(zhǔn)的基準(zhǔn)的選擇與匹配順序進行了研究。研究表明變換基準(zhǔn)的方式穩(wěn)定性好更適用于波段配準(zhǔn)問題;同時，由于非波段順序獲取的原始數(shù)據(jù)，使得配準(zhǔn)結(jié)果在引入拍攝順序后精度更高，配準(zhǔn)精度的RMSE可由0.415個像元提升到0.399個像元。
　　(2)針對紋理單一的農(nóng)田場景下的匹配方法展開研究，提出了MI_STD算法改進匹配效果，此算法解決了基于SURF算法配準(zhǔn)因

6、圖像間灰度對比度不同造成的配準(zhǔn)不準(zhǔn)確問題。MI_STD算法主要改進了同名點的提取質(zhì)量，引入互信息算法到特征點局部匹配中，利用互信息匹配可以應(yīng)對灰度非線性變化的優(yōu)勢完成同名點的提取，同時，引入相位相關(guān)算法約束圖像的搜索空間提高效率。此改進算法同時考慮了圖像的灰度信息與空間信息，使得配準(zhǔn)算法在波段配準(zhǔn)問題上同時具有較強的魯棒性與亞像元級的匹配精度。因此，本文提出的算法可以有效的解決波段配準(zhǔn)問題，消除傳統(tǒng)方法局部變形的情況，精度均值在0.8個