基于点特征的SAR图像配准方法研究与实现

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合成孔径雷达是一种主动式成像的遥感系统,它不受天气的影响,任何时候都可以对地物目标进行高分辨率成像,在微波遥感领域具有突出的地位。由于SAR成像系统对同一目标两次观测时间和环境不同,导致影像间出现几何变形,最终造成SAR图像灰度的差异,在使用多时相和多元化的复合数据之前,必须对SAR图像配准,以保证不同SAR图像在同一坐标系中。  本文在研究 SAR图像配准理论和滤波预处理的基础上,分析Harris算法和SIFT算法两种常用的基于点特征的SAR图像配准算法以及实验结果的对比,针对SIFT算法在配准实验中的不足,研究SIFT改进算法并完成了算法的对比实验,最后对纹理信息缺乏的特别SAR图像进行了研究,仿真实现了基于边缘角点的SAR图像配准方法。  本文研究的主要工作如下:  (1)系统地研究了图像配准的基础知识,以及合成孔径雷达成像原理,并重点研究SAR图像相干斑噪声的特性,分析几种抑制相干斑噪声的方法,分别对实验数据进行了Lee滤波及Lee增强型滤波、Frost滤波、Gamma MAP滤波处理。从目视效果、图像标准差、等效视数和边缘保持指数上对实验结果进行对比分析,选择最优的Lee增强型滤波方式对SAR图像进行预处理。  (2)分析了SAR影像的特征,研究了二种常用的基于点特征的SAR图像配准算法原理,基于Harris算法和基于SIFT算法对SAR影像进行配准,并对实验配准结果进行了详细比较和分析。  (3)针对SIFT算法在大量SAR图像配准实验过程中出现的问题,研究一种以统计理论支撑的梯度直方图实现精配准的SIFT改进算法,采用该方法保留了正确的匹配点对,消除错配点对,提高RANSAC算法计算出变换模型参数的概率,并对SIFT改进算法和SIFT算法的匹配结果进行了对比分析,验证了SIFT改进算法在SAR图像配准过程中的优越性。  (4)针对一般匹配算法得到纹理信息缺乏 SAR图像匹配点对少的情况,在分析纹理信息缺乏的SAR图像特征的基础上,引入了基于边缘角点的图像配准方法,研究其在纹理信息缺乏的SAR图像配准中的适用性,并将实验结果与SIFT改进算法进行了对比分析。
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