基于不变特征和映射抑制的航拍视频图像配准

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaOct．252012VoI．33No．101872—1880ISSN1000．6893CN11．1929／VhttD：／／hkxbbuaa．educnhkxb(孕buaa．edu．cn文章编号：1000—6893(2012)10一1872—09基于不变特征和映射抑制的航拍视频图像配准易盟，郭宝龙*西安电子科技大学智能控制与图像工程研究所，陕西西安710071摘要：针对航拍视频图像在光学变换和几何变换下特征匹配容易产生误匹配，以及匹配精度不一致等问题，提出一种结合不变特征和映射抑制的航拍视频配准算

2、法。首先，利用Harris检测器在尺度变化下的局部区域内选择出最稳定角点，并利用分区检测方法提取出分布均匀的角点作为待配准点。然后，计算以特征点为中心邻域窗口的描述符，通过比较两幅待配准图像特征点邻域描述符的欧式距离，提取出初始匹配点对。对匹配对点集建立D一三角网图，利用映射抑制方法提取出精确度最高的少数匹配点，并对模型参数进行估计，完成视频帧间的配准。大量实验表明，所提方法对航拍视频图像配准具有较强的适应性且配准精度高。关键词：航拍视频；图像配准；均匀分区Harris；局部不变描述符；映射变换中图分类号：V243文献标识码：A航拍视频图像配准是将一个或多个移动摄像机获取

3、的一组具有重叠区域的动态地面场景视频图像融合在一起的过程。在航拍视频图像三维重建、空中监控预警、虚拟环境生成以及运动目标检测与识别等方面具有重要的应用价值[1。2]，考虑到载台引起的摄像机运动以及光照和大气变化等因素，航拍视频图像序列可能会发生一定的图像畸变或序列图像存在较少重叠区域等情况，如何在上述复杂情况下仍保持稳定的图像局部特征并建立精确的变换模型[31成为机载成像对地观测系统的关键。图像配准方法一般可分为基于区域的方法Ho和基于特征的方法，其中采用最多的是基于特征的方法‘5。11]。由于在图像发生几何变化和灰度畸变下表现出良好的稳定性，近年来基于局部不变描述符(L

4、ocallnvariantDescriptor)的图像配准算法受到普遍关注。作为性能优异的不变特征描述符，尺度不变特征变换(ScaleInvariantFeatureTransform，SIFT)和SURF(SpeedUpRobustFeature)算法可以很好地解决具有旋转变化、尺度变化以及一定仿射畸变的图像配准问题Ⅲ。Brown[9]和Song[103等分别采用sIFT和SURF算法实现图像配准，但这些算法仍难以克服以下问题：①由于SIFT和SURF算法的规范化梯度求和计算复杂，无法满足系统在线实时处理的要求；②该算法的特征点提取数量与场景的复杂情况有关，在复杂背景下

5、，SIFT算法会提取大量的特征点，给后续的特征点匹配带来计算负担，同时由于检测出正确匹配对时也会产生大量错误匹配对，并且正确匹配对越多，错误的匹配对也会越多，从而可导致图像配准时变换模型的估计不准确。为了提高变换模型估计的精度，Brown等m]收稿日期：2011—11—07：退修日期：2011-11-29：录用日期：2012—02—15；网络出版时间：2012一03-2911：39网络出版地址：www．cnki．nef／kcms／decajI／111929．V．20120329．1139．0D3．hfmf基金项目：国家自然科学基金(61105066)；国家自然科学基金青年

6、科学基金(61003196)*通讯作者．Tel．：029—88201777E—mail：bIgu01199@126．com}l琨格式tYiM，Guo8LAerla

7、vIdeo

8、mageregisna“onmethoaba驰d∞InvafiantfeatureandmappingfeStm-nl?Ac协Aeron射flcaetAs．tfonautlcasinlca。2012，33(10)：1872—1880．易疆，郭宝龙．基f不变特征和映射李申翻的航始视频图像配准．航空学报．2012．33(10)：1872．1880易盟等：基于不变特征和映射抑制的航拍视频图像配准提出在对图

9、像模型进行估计前，利用随机抽样一致性(RandomSampleConsensus，RANSAC)算法去除外点，该方法提高了正确匹配率，但却存在计算量大、效率低等缺陷，而且经过RANsAc算法筛选出的内点也会因为图像的局部变形而发生偏移，这样得到的匹配点具有不同的精度，因此也会在估计变换模型时产生误差。针对上述航拍视频图像在稳健、精确配准方面面临的问题，提出一种新的基于不变特征和映射抑制的航拍视频图像配准(AVRoI)算法。该算法首先利用Harris检测器在3种不同分辨率下筛选出稳定且分布均匀的角点，这样便于对特征点邻域建立特征