一種光學影像色彩一致性自適應處理與快速鑲嵌方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及微小型無人機光學影像的數據處理技術，尤其涉及的是一種光學影像色彩一致性自適應處理與快速鑲嵌方法。
【背景技術】
[0002]不同于常規大數碼影像，微小型無人機光學影像存在像幅小，像片數量多，影像傾角大、重疊度高且不規則、色彩不均勻等問題，如何快速拼接生成測區全景影像圖對數據處理技術提出了更高的要求。
[0003]在無人機影像快拼處理過程中涉及到兩個關鍵技術:影像勻色技術、影像鑲嵌技術，其處理技術好壞直接影響無人機影像的成圖質量。影像勻色技術主要是對色彩一致性處理方面，當前算法大部分只是考慮單幅或局部影像之間色彩一致性處理方面，很少有基于全局的角度出發，導致單張影像或多張影像間色彩過渡不均勻，影響成圖美觀，且一般需要人工選擇參考影像模板，極大限制數據的自動化批處理。正射影像鑲嵌技術包括兩種常用的鑲嵌算法:基于常規Voronoi圖和基于顧及重疊面的影像鑲嵌算法。前者對于大重疊度的影像具有較好的效果，但對于重疊度較小或影像中心點偏移大的情形，邊緣的鑲嵌效果很差;而后者正好相反，對于大重疊影像鑲嵌，則成圖容易出現“空洞”或“裂縫”現象，兩種算法都不能很好的適應任意重疊的影像拼接，且當影像接邊精度差時，存在錯位等現象，嚴重影響數據處理速度和效果。
[0004]因此，現有技術存在缺陷，需要改進。

【發明內容】

[0005]本發明所要解決的技術問題是:提供一種應用于微小型無人機光學影像全自動化處理，有效解決單幅及重疊區間色彩不一致問題，可以實現任意重疊度的影像的自動鑲嵌處理的光學影像色彩一致性自適應處理與快速鑲嵌方法。
[0006]本發明的技術方案如下:一種光學影像色彩一致性自適應處理與快速鑲嵌方法，應用于微小型無人機光學影像中，包括如下步驟:A:空三加密:根據POS數據和相機數據對原始影像分別進行空三加密，得到影像的高精度POS數據和測區DEM;B:正射糾正:根據高精度POS數據和測區DEM，對影像進行數字微分糾正，得到單張正射影像;C:影像勻色:構建全局勻色模板，進行單張影像的批量處理勻色，并對各影像的重疊區進行色彩融合;D:影像鑲嵌:采用鑲嵌線算法，將具有重疊度的影像進行拼接，輸出影像圖。
[0007]應用于上述技術方案，所述的光學影像色彩一致性自適應處理與快速鑲嵌方法中，步驟C中，構建全局勻色模板，進行單張影像的批量處理勻色的步驟具體如下:C1:構建所有待處理單張影像的金字塔;C2:統計測區內所有影像的灰度均值、方差、直方圖信息，形成全局勻色模板;C3:根據單張影像的金字塔和全局勻色模板，構建從單張影像到全局勻色模板的色彩轉換模型;C4:根據色彩轉換模型，從全局的角度重建所有影像。
[0008]應用于上述技術方案，所述的光學影像色彩一致性自適應處理與快速鑲嵌方法中，步驟C中，對各影像的重疊區進行色彩融合的步驟具體如下:C5:在兩幅原始影像重疊區域提取初始接縫線，生成重疊區域的掩膜影像;C6:生成掩膜影像的高斯金字塔;C7:分別對兩幅具有重疊的原始影像生成拉普拉斯金字塔;CS:根據掩膜影像的高斯金字塔中的多尺度掩膜，對兩幅原始影像對應的拉普拉斯金字塔中的影像進行融合處理，構建融合后的影像金字塔;C9:使用融合處理后的影像金字塔，重建一幅新影像。
[0009]應用于上述技術方案，所述的光學影像色彩一致性自適應處理與快速鑲嵌方法中，步驟D中，執行步驟具體如下:D1:使用八領域邊界跟蹤方法提取所有待鑲嵌影像的有效區域，并使用改進的道格拉斯算法將輪廓線簡化為四邊形;D2:影像有效區域重疊度的計算，并根據計算的重疊大小，選擇基于常規Voronoi圖鑲嵌算法或基于顧及重疊面的鑲嵌算法生成接縫線網絡;D3:采用掃描線快速填充法進行影像快速拼接處理，輸出鑲嵌后的影像圖。
[0010]應用于上述技術方案，所述的光學影像色彩一致性自適應處理與快速鑲嵌方法中，步驟D2之前，還執行步驟D20:設置影像有效區域重疊度的閾值;并且，步驟D2中，在重疊度大于或等于閾值時，選擇基于常規Voronoi圖鑲嵌算法生成接縫線網絡，在重疊度小于閾值時，選擇基于顧及重疊面的鑲嵌算法生成接縫線網絡，并且，在其他情形時，采用分區構建拼接線網絡。
[0011 ] 應用于上述技術方案，所述的光學影像色彩一致性自適應處理與快速鑲嵌方法中，步驟D2中，選擇基于常規Voronoi圖鑲嵌算法或基于顧及重疊面的鑲嵌算法生成接縫線網絡時，其具體內容包括:影像重疊區域檢測、重疊區域垂直二分法剖分或重疊區域中軸線、多邊形邊界裁剪和構建接縫線網絡拓撲關系。
[0012]應用于上述技術方案，所述的光學影像色彩一致性自適應處理與快速鑲嵌方法中，采用分區構建拼接線網絡時，其具體為以重疊度不滿足前兩種情況的影像為界限，對測區影像進行分區，并在每個分區內部分別構建接縫線網絡。
[0013]應用于上述技術方案，所述的光學影像色彩一致性自適應處理與快速鑲嵌方法中，在步驟D3之前，還執行步驟D30:生成接縫線網絡空間索引，以減少大量的邏輯判斷運笪并ο
[0014]應用于上述技術方案，所述的光學影像色彩一致性自適應處理與快速鑲嵌方法中，在步驟D3中，在對影像進行快速拼時，還在接縫線領域內，采用加權融合處理實現重疊區域的亮度與顏色平滑過渡。
[0015]應用于上述技術方案，所述的光學影像色彩一致性自適應處理與快速鑲嵌方法中，在輸出影像圖之后，還對接邊精度差的影像拼接，還進行二次匹配糾正策略，其具體包括:El:選取兩幅具有重疊關系的影像，在重疊區域，使用SIFT算法，在重疊區域內尋找影像特征點，并對其進行匹配處理，提取出一定數量的影像同名點對;E2:使用提取到的同名點對，構建并解算兩幅影像間的局部線性變換模型;E3:使用得到的變換模型，對兩影像的重疊區域的像元陣列進行重新定位與采樣;E4:重復執行步驟C和D。
[0016]采用上述方案，本發明提供了專門針對微小型無人機光學影像進行快速拼接的影像處理算法，包括從原始資料的空三加密、正射糾正、影像勻色到最終鑲嵌出圖的全自動化處理流程，其中影像勻色方面采用測區宏觀色彩控制和局部重疊區域色彩融合的方法，有效解決單幅及重疊區間色彩不一致問題。影像鑲嵌方面則克服兩算法各自的缺陷，提出一種自適應綜合新算法，以影像間的重疊度作為評判依據，將兩個經典算法融為一體，實現任意重疊度的影像的自動鑲嵌處理。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明的全自動化處理流程圖；
圖2為本發明中影像鑲嵌流程示意圖。
【具體實施方式】
[0018]以下結合附圖和具體實施例，對本發明進行詳細說明。
[0019]本實施例提供了一種光學影像色彩一致性自適應處理與快速鑲嵌方法，應用于微小型無人機光學影像中，操作簡單，無須人工干預，僅需原始影像和POS數據中的GPS數據，即可完成影像從空三到鑲嵌出圖的全自動化處理流程。
[0020]具體地，如圖1所示，該方法包括如下步驟:首先，步驟A，對原始影像進行空三加密，具體地，根據原始影像、相機信息和機載POS信息對原始影像進行特征點提取，同名點匹配，經嚴密平差算法得到影像高精度的POS數據，并通過共線方程得到加密點物方坐標，經濾波處理，得到測區DEM。
[0021]然后，步驟B，對影像進行正射糾正，具體為根據高精度POS數據和測區DEM，對影像進行數字微分糾正，得到單張正射影像。
[0022]接著，進行步驟C，進行影像勻色，其中，通過計算全局勻色模板，進行單張影像的批量處理勻色，消除單張影像內部的色彩不均勻問題，并通過重疊區的色彩融合模式，解決影像間的色彩不一致問題。
[0023]在步驟C中，在構建全局勻色模板，進行單張影像的批量處理勻色時，通過以下具體步驟進行:步驟Cl:構建所有待處理單張影像的影像金字塔，通過構建的影像金字塔便于影像信息統計;然后步驟C2:統計測區內所有影像的灰度均值、方差、直方圖信息，形成全局勻色模板;在形成全局勻色模板之后，通過步驟C3:根據單張影像的影像金字塔和全局勻色模板，構建從單張影像到全局勻色模板的色彩轉換模型；最后，步驟C4:再根據構建的色彩轉換模型，從全局的角度重建所有影像。
[0024]在經過全局色彩均衡后的影像，在局部重疊區域色彩仍然存在細微差異，為了實現影像的無縫拼接，必須進行局部重疊區域的色彩過渡，對各影像的重疊區進行色彩融合的步驟具體如下:首先，步驟C5:在兩幅原始影像重疊區域提取初始接縫線，生成重疊區域的掩膜影像;接著步驟C6:生成掩膜影像的高斯金字塔;然后，步驟C7:分別對兩幅具有重疊的原始影像生成拉普拉斯金字塔;其中，拉普拉斯金字塔與高斯金字塔是一個圖像集合，集合中的所有圖像都源于一幅圖像，是通過連續下采樣獲得。高斯金字塔是向下采樣圖像，而拉普拉斯金字塔是向上重建圖像。然后，步驟CS:根據掩膜影像的高斯金字塔中的