学术期刊网 > 学术资讯 > 无人机红外影像拼接方法研究

无人机红外影像拼接方法研究

学术期刊网 学术资讯 2021-07-23

以下文章来源于测绘学术资讯 ,作者测绘科学 测绘学术资讯

《测绘科学》《导航定位学报》等等期刊学术文章分享。大地测量、卫星导航、无人机/航空/航天摄影测量、自动驾驶、地图、GIS、地图史等等学术、技术和资讯。

↑ 点击上方「中国测绘学会」

可快速关注我们

摘 要:

针对红外影像噪声多、对比度低、像幅小、旋偏角大等特点,该文以无人机红外监测技术应用需求为背景,研究了机载红外影像的拼接方法。首先,介绍了常用的机载红外影像格式;接着,对红外影像进行噪声去除、图像增强、畸变差改正等预处理;然后,根据是否有位姿数据,分别采用基于位姿信息和基于运动恢复结构(SFM)的红外影像配准方法;最后,采用渐入渐出的融合方法消除影像拼接缝。通过实际飞行实验证明了该方法的可行性,具有一定的实际应用价值。

引言

无人机红外遥感是以无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)为飞行平台,以目标辐射和反射的红外能量为观测目标,获取地物辐射特性和温度特性的遥感技术[1]。与可见光相比,红外波段具有全天时工作能力,其热辐射敏感特点可在环境污染监测、战场侦察、应急救援等领域应用。由于红外传感器视角小、成像像素少,在实际应用中往往需要多张影像拼接形成大视场图像。红外影像自身就有信噪比和对比度低的特点,再加上无人机平台稳定性差而导致影像存在旋转、缩放等几何畸变,使得红外影像的拼接存在更多的困难。文献[2-4]首先实现基于位姿数据的影像粗配准,再分别采用相似性先验、仿射变换坐标微调、稀疏全局调整等手段减少局部误差和全局累计误差,最终提高拼接精度。上述方法很好地实现了可见光影像的拼接,但不能很好地应用于红外影像的拼接。文献[5]针对红外遥感图像特点,采用各项异性滤波方法消除噪声,并用直方图均衡化技术提高图像对比度,优化ORB(orientedFAST and rotated BRIEF)特征提取算法,并利用随机抽样一致算法(random sample consensus,RANSAC)减少错误匹配,最终实现红外影像拼接,该文献最终只是选取2幅影像进行验证,但随着影像的增多,拼接误差会积累,文献并未给出处理方法。文献[6]通过改进尺度不变特征转换(scale invariant feature transform,SIFT)算法提高了匹配运算速度,减少了误匹配点对,实现了红外图像的快速拼接。文献[7]提出了一种快速高效的光束法平差策略,实现了画幅扫描成像红外系统实时拼接的应用需求。文献[8]提出一种改进的SURF(speeded up robust feature)红外图像拼接方法,将二进制鲁棒独立算子(binary robust independentelementary features, BRISK)和Canny边缘检测应用于SURF红外图像拼接,并采用RANSAC算法剔除误匹配的特征点,最后采用渐入渐出法消除影像拼接缝。上述方法均是采用改进的特征匹配算法实现红外的拼接,但实验数据均是近景红外影像,与无人机的红外影像有较大区别。

目前应急测绘尤其是森林火灾对红外航空影像的处理需求较为强烈,本文以无人机红外影像拼接为研究对象,结合实际项目应用需求,从红外影像的获取、预处理、配准、融合等流程介绍无人机红外影像拼接方法。在位姿信息未知的情况下,可利用基于运动恢复结构(structure from motion,SFM)的方法实现红外影像拼接;在位姿信息已知的情况下,可基于位姿信息快速对影像进行粗配准,而后利用仿射变换对地理坐标进行调整,实现精配准。两种方法可应用于不同场景,为后续目标识别、空间分析,污水监测等应用带来便利,具有一定的实际应用价值。

红外影像获取与预处理

1

影像获取

红外影像本质是通过目标场景的热辐射而获取热辐射值的被动影像,红外波长介于微波和可见光之间,分为近红外、短波红外、中波红外、长波红外、远红外,目前市场上常用机载红外成像系统一般为中长波红外。机载红外成像设备可根据需求输出图像和视频数据,图像主要是PNG(portablenetwork graphic)、原始影像RAW格式,RAW格式是一种未经处理的图像格式,与其他格式相比它有更宽的动态范围和色调,允许用户进行任意的色温、白平衡、对比度的调整来自由地构造图像,尤其对于红外这种噪声大、对比度低的影像,RAW格式给红外影像的处理带来了更多的自由。红外视频格式是传感器内部处理器将采集到的RAW红外数据,依次进行滤波、非均匀性校正和压缩编码形成的预定格式。本文所用传感器包括大疆禅思XT热成像相机和SCA350型双光光电吊舱,分别可输出RAW图像和H264视频数据,如图1所示。2

影像预处理
无人机红外影像拼接方法研究杂志位列学术资讯
广告位