CPU和GPU协同的多光谱影像快速波段配准方法

随着遥感影像数据量的飞速增长,传统的串行波段配准方法已无法满足大数据多光谱影像的实时配准需求。针对该问题,提出了一种CPU和GPU协同的多光谱影像快速波段配准方法。首先进行计算量和并行度分析,将同名点匹配和微分纠正映射至GPU执行,仿射变换系数拟合仍驻留在CPU执行。其次通过核函数任务映射和基本设置,使算法步骤在GPU上可执行,并设计了3种性能优化方法(访存优化、指令优化、传输计算堆叠),进一步提高了波段配准的执行效率。在NVIDIA Tesla M2050 GPU和Intel Xeon E5650 CPU组成的实验平台上,对遥感26号卫星多光谱影像的实验表明,使用该方法加速后的波段配准执行时间仅为3.25 s,与传统串行方法相比,加速比达到了32.32倍,可以满足大数据多光谱影像的近实时配准需求。     

无人机高光谱影像处理方法的探索

针对目前已有无人机影像处理软件不支持高光谱影像预处理,及低版本遥感图像处理平台（ENVI）批量化处理数据困难的问题,研究了利用交互式数据语言（interactive data language,IDL）与无人机遥感图像处理软件（PIE-UAV）相结合进行无人机高光谱影像处理的方法。首先,使用IDL实现影像预处理,包括影像配准、影像白板校正。其中,影像配准阶段包含单波段影像配准、配准后影像外扩、多波段合成以及影像裁切等步骤。其次,使用PIE-UAV进行影像正射纠正,使用ENVI软件进行影像镶嵌。实验结果表明,该方法能够得到色彩过渡均匀且满足要求的拼接高光谱影像。     

CCD 几何偏差模型的多波段遥感影像配准

多波段光学遥感影像配准是遥感卫星地面预处理中的关键环节,其精度决定了遥感数据产品的质量.一般使用波段间图像灰度相关匹配来实现多波段影像的配准.然而,该类方法的配准精度受地物特征影响较大,海面、港口、沙漠等地物特征不明显存在影像无法配准的现象.本文以北京一号(BJ-1) 小卫星多光谱影像的波段配准为研究对象,建立多波段线阵CCD 各探元在CCD 扫描方向和卫星飞行方向的几何偏差模型,来计算多波段影像间同名像元在图像行和列方向上的位置偏差,进而拟合出一个固定的波段配准模型来实现多波段影像的亚像元配准.该方法已应用于BJ-1 和DMC_UK2 小卫星多光谱影像的地面预处理波段配准中,配准误差小于0.5 像元,具有良好的应用效果.     

无人艇载高清多光谱影像配准

针对无人艇载高清多光谱影像特性,提出了集成单应性矩阵内配准与置平薄板样条外配准的多光谱影像整体配准方案:(1)傅里叶-梅林变换引导下的多光谱影像相关匹配自动生成连接点;(2)单应性矩阵最小二乘联合估计实现多波段影像相互配准(内配准);(3)构建“置平”薄板样条变换模型实现多光谱影像序列无地理坐标配准(外配准),最后对无人飞艇搭载多CCD相机低空拍摄的高清多光谱影像进行配准验证,取得了约1个像元误差的内配准精度以及较好的外配准视觉质量。     

基于华浩超算平台几何精校正模块的波段配准研究

KOMPSAT3(阿里郎三号)卫星携带高分辨率0.7 m全色和2.8 m多光谱有效载荷,回访周期短,覆盖范围广,得到了广泛的应用。但由于受太阳辐射、大气干扰、云折射等物理因素的影响,造成波段之间在局部区域图像上发生非线性几何畸变,导致多光谱假彩色合成数据产生重叠现象,严重影响多光谱数据质量。本文针对在极端条件下产生的图像局部非线性几何畸变现象,探索国内外各种波段间配准方法,研究发现基于华浩超算平台的几何精校正算法能很好地达到波段间配准效果,消除了多光谱假彩色合成数据的影像重叠现象。     

北京一号小卫星多光谱图像波段配准和图像变形评价

北京一号小卫星是中国和英国联合研制的一颗实用型、对地观测微小卫星，星上携带中分辨率32m多光谱（近红外、红和绿波段）和4m全色两种有效载荷。为了提高多光谱图像的宽度和时间分辨率，北京一号小卫星的每个多光谱波段都是由两个相机独立成像然后拼接而成。由于这种成像方式很难保证6个相机的主光轴平行，导致图像配准精度较低。针对北京一号小卫星的这种成像特点，本文在图像灰度交叉相关匹配的基础上，发展了一种高精度波段配准算法来评价北京一号小卫星的波段配准精度，并在波段配准的基础上，评价北京一号小卫星多光谱图像的变形一致性。     

地理国情普查 DOM 的制作及检查

DOM是国情普查内容的重要组成部分,是地理国情普查中调查的重要数据源。本文通过卫星影象纠正,控制点选取,全色波段影像正射纠正,多光谱影像与全色波段影像配准,多光谱影像与全色波段影像融合等技术手段,确保了DOM的精度,为国情普查的后续工作提供精确的基础资料。     

地理国情普查DOM的制作及检查

DOM是国情普查内容的重要组成部分,是地理国情普查中调查的重要数据源。本文通过卫星影象纠正,控制点选取,全色波段影像正射纠正,多光谱影像与全色波段影像配准,多光谱影像与全色波段影像融合等技术手段,确保了DOM的精度,为国情普查的后续工作提供精确的基础资料。     

利用多光谱影像检测资源三号卫星平台震颤

卫星平台震颤是影响高分辨率卫星成像质量的因素之一,会引起影像模糊和内部畸变。本文从资源三号卫星多光谱相机的成像特点和多光谱影像配准误差影响因素入手,理论推导和仿真分析了卫星平台震颤对配准误差的影响规律,在此基础上提出了基于多光谱影像高精度密集匹配的平台震颤检测方法和流程,最后利用不同波段、不同时间的成像数据进行试验。试验结果表明资源三号卫星在试验数据成像阶段存在约0.6Hz的平台震颤,且垂轨方向震颤幅值大于沿轨方向,同时引起波段间相同频率周期性配准误差。检测结果为进一步提高资源三号处理精度提供了可能,也为卫星平台震颤源的分析和优化卫星平台设计提供了重要参考依据。     

一种针对机载重轨干涉SAR数据的配准方法

配准作为干涉处理过程中的重要一步,其精度直接影响后续的处理。机载重复轨道干涉数据,由于飞行的姿态不一致,导致影像间产生较大的相对变形,常规的方法无法对整幅影像进行配准。本文结合SIFT匹配算法的稳健性和解析搜索配准算法高精度的优点,利用飞行轨道间的关系和统计分析剔除错误的匹配,提出了一种针对机载重复轨道干涉数据的配准方法,有效解决了机载重复轨道干涉数据的配准问题。首先利用SIFT匹配算法提取一定数量的匹配点,然后利用飞行轨道之间的关系和对匹配点偏移量的统计分析,剔除误匹配的点,完成粗配准,最后使用解析搜索算法完成精配准。本文利用国产CASMSAR系统获取的机载P波段重复轨道干涉数据进行实验,取得了良好的效果。     

高分辨率遥感影像波段配准误差试验分析

高分辨率遥感影像波段间配准误差是影响影像质量及其应用精度的重要因素之一。配准误差指标要求是影像传感器研发中 的一项重要参数。为准确分析配准误差对遥感应用的影响程度，在试验研究中利用多项式模型模拟各种配准误差的图像，并从几何 精校正、目视解译、非监督分类实验及数据融合等角度分析了不同波段配准误差情况下对遥感应用的影响，提出了遥感应用中对高 空间分辨率卫星影像的波段配准指标要求。     

基于特征提取的光学影像和SAR影像自动配准

针对现有的配准方法用于多光谱影像与SAR遥感影像配准时,存在受SAR图像斑纹噪声影像大、手工选取配准控制点精度低、利用图像景物特征配准时获取区域和边沿困难等问题,以SPOT5影像与RADARSATSAR影像配准进行实验,提出了一种利用改进的SIFT在提取的特征图像上寻找匹配点进行粗配准,然后利用交叉累积剩余熵作为相似性测度结合原始影像信息寻找光学特征图像的角点在SAR影像上的匹配点并进行精配准的方法,配准精度达到了子像素级水平。实验结果表明该方法对多源遥感影像有很强的适应性,配准精度高。     

资源三号测绘卫星多光谱影像高精度谱段配准

针对ZY-3多光谱影像各谱段共视场扫描成像特点,提出基于在轨检校内方位元素的虚拟CCD重成像算法,通过虚拟CCD重成像技术实现单谱段CCD影像的无缝拼接及多谱段的高精度谱段配准。采用河南登封区域及天津区域的ZY-3多光谱影像对ZY-3多光谱相机进行在轨几何检校,利用河北安平区域的30个高精度靶标控制点验证了检校结果的正确性;进一步利用检校后的内方位元素对河北安平区域、兰州区域的ZY-3多光谱影像进行虚拟CCD重成像,采用靶标点验证方法以及高精度配准验证方法对虚拟CCD重成像影像的谱段配准精度验证,谱段配准精度均优于0.2像元。     

改进SIFT点特征的并行遥感影像配准

本文针对SIFT(尺度不变特征变换)算法存在的内存消耗多、运算速度慢的问题,采用金字塔和分块策略,首先对原始影像进行粗配准,然后进行分块影像匹配以实现精确配准。在匹配过程中,根据影像分辨率限制高斯金字塔影像的阶数,对特征点进行过滤;同时对匹配过程进行并行化,以提高算法效率。实验表明,改进算法在保证配准精度稳定的前提下,解决了原算法对内存要求高的问题,效率比原算法显著提高,适用于大范围遥感影像之间的配准。     

高分五号可见短波红外高光谱影像在轨几何定标及精度验证

高分五号可见短波红外高光谱相机(AHSI)作为一颗具有高光谱分辨率的对地观测载荷,对复杂地物具有精确的探测与分类能力,高精度的几何定标对于卫星影像应用至关重要。本文采用了基于探元指向角的几何定标模型,分步解算内外定标参数,并选取多景影像进行实验验证。结果表明:通过严格的在轨几何定标,可见短波红外高光谱影像在无控制点的条件下,平面定位精度优于60 m (2个像素),内部精度优于0.5个像素,波段配准精度优于0.3个像素。     

一种带几何约束的大幅面遥感影像自动快速配准方法

针对大幅面遥感影像的配准需求,提出了一种带有几何约束的大幅面遥感影像快速自动配准方法。该方法首先结合遥感影像空间地理信息构建影像粗配准模型;然后在粗配准模型的约束下,通过对大幅面遥感影像进行规则格网划分,结合改进的SIFT算法和并行策略实现影像精配准。实验结果表明,本文方法能提高影像的配准效率,且配准精度较高,适用于大幅面遥感影像之间的配准。     

基于波段选择与学习字典的高光谱图像异常探测

针对高光谱影像数据中存在大量冗余,传统异常探测算法应用高光谱所有波段进行探测计算量巨大的问题,提出一种基于波段相似性线性预测与学习字典的异常探测算法。该算法首先通过对波段的相似性进行线性预测,找到最不相似的波段子集;然后,利用学习字典算法获得能够表征图像背景信息的背景字典,并通过低秩分解的算法将影像分解为低秩矩阵与稀疏矩阵;最后,使用经典RXD(Reed-X detector)探测算法对稀疏影像进行异常探测。实验结果表明,该算法可以在减少计算代价、保持波段原始信息不被破坏的同时,能够较好地实现了高光谱影像的异常探测。     

资源三号多光谱影像波段配准误差评价

本文以资源三号多光谱影像谱段配准误差影像作为研究对象,分别采用传统均值滤波、中值滤波、高斯滤波及非局部均值滤波算法对配准误差影像进行噪声滤除,从垂轨和沿轨第一列像元配准误差结果可知,不同去噪算法均可降低噪声对误差统计结果影响,并且垂轨和沿轨的第一列配准误差经非局部均值滤波算法处理后分别从0.20和0.15像元减少至0.10和0.05像元,两个方向上的误差分布均更为稳定。因此选取非局部均值滤波算法进行噪声滤除可减弱地物特征对谱段配准影响,能更科学评价影像谱段配准精度,间接反映配准误差与卫星平台之间的相对关系。     

结合混沌映射与遗传算法的高光谱影像降维分类方法

针对高光谱遥感影像分类研究中的波段降维问题,利用混沌映射的遍历性与初值敏感性提升遗传算法的全局寻优能力,提出一种基于混沌遗传寻优算法的高光谱影像分类波段选择方法.实验部分采用粤港澳大湾区欧比特高光谱影像对多个行政区进行了仿真分类实验,同时对比了主成分分析(PCA)等经典降维方法.实验结果表明,欧比特高光谱影像能够有效地区分出多种典型地物,而且引入混沌映射改进的遗传算法具有更强的全局寻优能力,基于所选波段子集得到的分类精度更高.     

一种融合多波段信息的遥感影像纹理提取算法

针对传统纹理提取窗口尺度固定,而且影像提取还会受到影像噪声、同物异谱或异物同谱等因素影响的问题,本文提出了一种融合多波段信息的自适应窗口算法。首先,利用多波段信息改进边缘检测算法,再基于边缘检测结果,选择最佳窗口尺度;其次,运用自适应窗口算法和固定尺度窗口算法分别提取影像纹理特征,并结合影像光谱特征进行支持向量机分类,对比分类结果,光谱特征结合自适应窗口纹理的分类精度优于结合固定尺度窗口纹理。表明自适应窗口算法提取纹理特征比固定尺度窗口算法更具优势,融合多波段信息的自适应窗口算法是有效的。