基于特征的SAR和光学图像景象匹配算法研究

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合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)可以在全天时、全天候的情况下,提供高分辨率的遥感图像,因此,利用SAR实时图像进行景象匹配导航具有不可替代的优势。随着遥感成像技术逐渐成熟,SAR景象匹配导航成为景象匹配导航的主流发展方向之一。SAR图像基准图覆盖率低,缺少SAR基准图时,一般采用光学图像作为基准图,需要对SAR实时图和光学基准图进行匹配。然而,SAR图像本身特性复杂,且异源图像之间的差异较大,增加了SAR和光学图像景象匹配的难度。  传统的SAR和光学景象匹配方法包括基于区域的互相关法、基于边缘特征的Hausdorff距离匹配等,研究和应用较为成熟。但是这些方法没有脱离模板匹配的局限,计算量大,抗旋转和尺度变化的能力差。SIFT(Scale Invariant FeatureTransform)算法在旋转、尺度、几何形变上均表现出较好的适应性,在景象匹配领域受到广泛的关注。但是由于SAR图像相干斑噪声明显、异源图像差异大,直接应用SIFT算法效果不够理想。  本文以SIFT算法为基础,提出了一套基于特征的SAR和光学图像景象匹配算法。针对SAR图像特性及其与光学图像之间的差异,开展以下两点工作:  (1)基于增强Lee滤波非线性尺度空间的SAR图像特征点提取;(2)基于相位一致性和SIFT融合的SAR和光学图像景象匹配。  针对SAR图像特征提取中的相干斑问题,提出一类基于增强Lee滤波非线性尺度空间的构造方法,用于提取具有尺度不变特性的SIFT特征点。该方法相比传统尺度空间有两点改进:首先,利用SAR图像特有的频域多视处理,代替尺度空间中的空域降采样,构造多分辨率图像,提高了辐射分辨率,抑制了相干斑;其次,以改进的增强Lee滤波作为卷积核,建立非线性尺度空间,在保留特征细节的同时,进一步抑制了相干斑。该方法提高了特征点数量,在提取过程中着重考虑了相干斑抑制,提升了SAR图像特征点匹配效果。  针对光学图像和SAR图像灰度差异较大的问题,提出了一种基于相位一致性和SIFT融合的异源图像配准方法。首先,改进了特征点和描述符的方向,解决因主方向偏转和灰度反转导致的匹配失败问题。其次,通过引入图像的相位一致性信息,剔除SAR和光学图像之间的差异,并基于相位一致性最大距特征和梯度信息,建立改进的SIFT描述符。该方法降低了同名点之间的差异,提高了异源图像同名点的匹配正确率。
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