遥感图像的亚像素配准技术研究

第４０卷第４期２０１０年７月

航空计算技术

ＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＣｏｍｐｕｔｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅ

Ｖ０１．４０Ｎｏ．４

Ｊｕｌ．２０１０遥感图像的亚像素配准技术研究

石苗１，李会方１，郭海超２

（１．西北工业大学电子信息学院，陕西西安，７１００７２；２．中国空间技术研究院西安分院，陕西西安，７１００００）

摘要：高分辨遥感技术在军民领域应用广泛，图像配准技术是高分辨遥感图像的预处理技术。实

际的机载和星载遥感成像仪，由于自身成像原理和成像仪平台抖动原因，出现了遥感图像亚像素偏

移误差。对亚像素图像配准技术进行系统研究，对高精度亚像素配准算法进行研究分析，并对其算

法进行仿真、处理，对仿真的结果进行系统分析。通过误差分析提出配准误差修正算法，修正算法对

亚像素配准进行了很好的改进，达到遥感图像预处理的目的。

关键词：亚像素配准；高分辨遥感；下采样；互功率谱

中图分类号：ＴＰ７５１．１文献标识码：Ａ文章编号：１６７１．６５４Ｘ（２０１０）０４．０００４—０３

引言

现代遥感多光谱成像系统多采用可见光和红外复合探测系统。一个成像系统能同时在两个波段获取目标信息，就可对复杂的背景进行抑制，提高对目标的探测效果。但是在卫星遥感中，卫星的姿态侧滚、俯仰、偏航、高度和前进速度的变化，地球的自转、曲率的影响、视差和影像纹理以及卫星上所携带的成像仪扫描速度不稳定等，会使所得的多光谱图像发生一定程度几何失真，在实际应用卫星遥感图像应用之前，必须对图像进行配准来矫正这些误差或失真。

１亚像素配准算法分析

像素级的图像配准中，图像配准的一般方法是特征空间、搜索空间、搜索算法和相似性测度四个不同方面的组合。多光谱成像是不同传感器对同一场景进行同时拍摄，所以图像之间的互信息量比较丰富，适合应用基于互信息理论¨１来进行之间的配准，基于互信息只依赖于图像本身的信息，不需要对图像进行特征点提取和组织分类等预处理，是一种自动而有效的配准算法。该算法对图像中的几何失真、灰度不均匀和数据的缺失等不敏感，文献［２］中已经叙述了基于互信息的配准算法。

本文对像素级的图像配准不做重点研究，以往的卫星的遥感图像配准都是在像素级进行配准，但是为了满足高分辨遥感图像，亚像素配准技术是高分辨图像融合的预处理。亚像素配准就是把两幅图像中小于一个像素误差的对齐调准到一致的位置上。亚像素的偏移可以认为是采样率低、采样问隔过大造成的。配准过程分两步，首先是非整数平移量的计算，然后调准还原。

设定参考图像为人名，Ｙ），待配准图像为ｇ（菇，Ｙ），它们之间有搿。和Ｙｏ的平移量。即／（戈一菇。，Ｙ一“。）＝ｇ（ｘ，Ｙ），根据傅立叶变换理论得到Ｇ（ｕ，秽）＝Ｆ（Ｍ，秽）－ｅ“”扩Ｍ’。其中Ｆ（“，口）和Ｇ（ｎ，ｔ，）分别为ｆ（ｘ，ｙ）和ｇ（ｚ，ｙ）的傅立叶变换。图像信号为带限的情况下，降采样的图像对（已达到像素级配准）的归一化互功率谱是一个过滤的单位脉冲，其傅里叶反变换为二维Ｄｉｒｉｃｈｌｅｔ函数，可用ｓｉｎｃ函数近似Ｄｉｒｉｃｈｌｅｔ函数旧Ｊ：ｓｉｎｃ（ｘ，Ｙ）＝ｓｉｎｃ（ｘ一菇ｏ）?ｓｉｎｃ（ｙ一％）中茹。和Ｙｏ分另Ⅱ是ｚ和Ｙ方向的偏移量。其具体过程如下：

下采样的互功率谱Ｃ（Ｍ’，秽’）ｍ。”蓥誉望：

Ｍ上Ｎ∑∑Ｆ（Ｍ’，口’）

急ｎ厶＝Ｏ‘、一”７

∑∑ｋ（ｕ’，勘，）ｅ。ｉ“’＂９’㈨（１）其中“’＝盖＋弓尹，口’＝号＋等，由此得到：

％（Ｍ７，秽’）×ｙ∑，（ｕ’，１３ｒ）＝

，（盖＋２百＂ｉｒｋ，斋＋署）（２）

收稿日期：２００９—０６－０３

基金项目：国家８６３计划资助项目（２００７ＡＡ０４２４０４）

作者简介：石苗（１９８５一），女，陕西西安人，硕士研究生，研究方向为小信号分析，数字图像处理。万方数据