一種基于影像統(tǒng)計特征的數(shù)字航空影像變形自動檢查方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于影像統(tǒng)計特征的數(shù)字航空影像變形自動檢查方法；由于波浪形特征扭曲變形影像具有規(guī)律性同方向的像素位移，因此在幾何糾正處理后的影像中會出現(xiàn)大量相同方向的波形特征曲線影像扭曲。本發(fā)明的方法依據(jù)數(shù)字航空影像這一特點，通過計算影像輪廓線的曲率極值點定位波形曲線在影像中的位置，并統(tǒng)計影像中波形曲線開口對應方向的分布情況自動判斷影像是否存在具有波浪形特征扭曲變形。采用本發(fā)明方法，能夠有效地檢查數(shù)字航空影像中因IMU數(shù)據(jù)精度不夠引起的變形問題，具有較高的準確率和可靠性。
【專利說明】一種基于影像統(tǒng)計特征的數(shù)字航空影像變形自動檢查方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于數(shù)字航空影像質量檢查領域，具體涉及一種基于影像統(tǒng)計特征的數(shù)字航空影像變形自動檢查方法。
【背景技術】
[0002]POS (GPS/MU)數(shù)據(jù)輔助航空攝影測量技術隨著技術進步和應用實踐日益成熟，并逐步應用到航空遙感的各個領域。POS數(shù)據(jù)輔助航空攝影測量技術通過使用POS數(shù)據(jù)對影像進行幾何糾正。當IMU數(shù)據(jù)精度不夠時，影像糾正人員通常通過對IMU數(shù)據(jù)進行線性插值以滿足幾何糾正的需求，而MU數(shù)據(jù)的插值誤差值會使得幾何糾正后的影像出現(xiàn)范圍性的同方向影像像素位移。而這種變形現(xiàn)象會嚴重影響到數(shù)字航空影像的幾何精度，進而影響影像的正常使用。在實際應用中，通常需要在沒有POS數(shù)據(jù)的情況下對數(shù)字航空影像進行變形檢測。對于因為MU數(shù)據(jù)精度不夠引起的影像變形，通常通過采用計算數(shù)字航空影像的清晰度來檢測影像中是否存在變形現(xiàn)象。但一般只有影像中存在特別強烈的變形現(xiàn)象，影像的清晰度才會出現(xiàn)明顯的下降，而常見的扭曲現(xiàn)象并不會明顯地影響到影像的清晰度，同時影像本身的質量也會影響到影像的清晰度評價，因此通過計算數(shù)字航空影像的清晰度，來檢測影像中是否存在因IMU數(shù)據(jù)精度不夠引起的變形現(xiàn)象效果不佳。而目前國內(nèi)外也沒有相關文獻提出有效方法檢測數(shù)字航空影像中是否存在因IMU數(shù)據(jù)精度不夠引起的變形現(xiàn)象。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]為彌補現(xiàn)有檢查方法的不足，本發(fā)明提出一種基于影像統(tǒng)計特征的數(shù)字航空影像變形自動檢查方法。
[0004]本發(fā)明所采用的技術方案是:一種基于影像統(tǒng)計特征的數(shù)字航空影像變形自動檢查方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0005]步驟1:獲取數(shù)字航空影像的輪廓線，其具體實現(xiàn)包括以下子步驟:
[0006]步驟1.1:對數(shù)字航空影像進行邊緣檢測，得到影像邊緣；
[0007]步驟1.2:在獲得影像邊緣之后，進行輪廓跟蹤，得到影像輪廓，將影像輪廓數(shù)據(jù)儲存為鏈表形式，以方便影像中波形曲線的查找；
[0008]步驟1.3:對提取得到的影像輪廓，使用光滑可導的曲線函數(shù)來進行曲線擬合；
[0009]步驟2:尋找并判斷波形曲線，其具體實現(xiàn)包括過程為:通過計算數(shù)字航空影像各個輪廓曲線中的曲率極值點，來確定影像中可能的波形曲線的位置，再通過對各個曲率極值點及其周圍點的位置關系，來判斷該曲率極值點及其周圍點是否構成波形曲線；
[0010]步驟3:統(tǒng)計波形曲線開口對應方向的分布情況，判斷影像是否存在扭曲變形。
[0011]作為優(yōu)選，步驟1.1所述的對數(shù)字航空影像進行邊緣檢測，其具體實現(xiàn)包括以下子步驟:
[0012]步驟1.1.1:使用指定標準偏差σ的高斯濾波器對影像進行平滑；[0013]步驟1.1.2:在影像每一像素點處，用一階偏導的有限差分來計算梯度的幅值和方向；
[0014]步驟1.1.3:根據(jù)梯度方向分區(qū)，尋找同一分區(qū)內(nèi)梯度強度的局部極大值點，并且設置非局部極大值點為零，使得圖像邊緣得到細化；
[0015]步驟1.1.4:使用閾值Tl和T2對影像像素作閾值判斷，其中T1〈T2，灰度值大于T2的像素稱為強邊緣像素，Tl和Τ2之間的像素稱為弱邊緣像素；
[0016]步驟1.1.5:將與強邊緣像素8鄰域連接的弱邊緣像素作為強邊緣像素，根據(jù)是否為強邊緣像素對影像進行二值化，得到影像邊緣。
[0017]作為優(yōu)選，其特征在于:步驟1.2所述的輪廓跟蹤，其具體實現(xiàn)包括以下子步驟:
[0018]步驟1.2.1:按照從左到右、從下到上的探測準則順序搜索經(jīng)過邊緣檢測后的影像的所有像素點，找到最左下的邊緣的邊界點并將其作為起始點；
[0019]步驟1.2.2:從第一個邊界點開始，定義初始的搜索方向為沿左上方；如果左上方的點是黑點，則為邊界點，否則順時針旋轉45°，這樣一直找到第一個黑點為止；
[0020]步驟1.2.3:將第一個黑點作為新的邊界點，在當前搜索方向的基礎上逆時針旋轉90。，繼續(xù)用同樣的方法搜索下一個黑點，直到返回最初的邊界點或找不到點；
[0021]步驟1.2.4:將已跟蹤獲得的輪廓存入鏈表中，并標注為已跟蹤；
[0022]步驟1.2.5:重復第一步，直至影像沒有未標注的輪廓。
[0023]作為優(yōu)選，步驟1.3所述的曲線擬合，其具體實現(xiàn)包括過程為:設η為當前影像輪廓中含有 的像素點個數(shù)，通過使用三次樣條函數(shù)擬合法構建形式參數(shù)t(t = O, 1，2…η-1)與當前影像輪廓所形成的平面曲線的函數(shù)關系式:
[0024]c (t) = (X (t)，y ⑴)
[0025]其中x(t)為平面曲線的橫坐標與參數(shù)t的函數(shù)關系，y(t)為平面曲線的縱坐標與參數(shù)t的函數(shù)關系。
[0026]作為優(yōu)選，步驟2所述的計算數(shù)字航空影像各個輪廓曲線中的曲率極值點，其具體實現(xiàn)包括以下子步驟:
[0027]步驟2.1:計算輪廓曲線的曲率K (t)；
[0028]
【權利要求】
1.一種基于影像統(tǒng)計特征的數(shù)字航空影像變形自動檢查方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:獲取數(shù)字航空影像的輪廓線，其具體實現(xiàn)包括以下子步驟: 步驟1.1:對數(shù)字航空影像進行邊緣檢測，得到影像邊緣； 步驟1.2:在獲得影像邊緣之后，進行輪廓跟蹤，得到影像輪廓，將影像輪廓數(shù)據(jù)儲存為鏈表形式，以方便影像中波形曲線的查找； 步驟1.3:對提取得到的影像輪廓，使用光滑可導的曲線函數(shù)來進行曲線擬合； 步驟2:尋找并判斷波形曲線，其具體實現(xiàn)包括過程為:通過計算數(shù)字航空影像各個輪廓曲線中的曲率極值點，來確定影像中可能的波形曲線的位置，再通過對各個曲率極值點及其周圍點的位置關系，來判斷該曲率極值點及其周圍點是否構成波形曲線； 步驟3:統(tǒng)計波形曲線開口對應方向的分布情況，判斷影像是否存在扭曲變形。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于影像統(tǒng)計特征的數(shù)字航空影像變形自動檢查方法，其特征在于:步驟1.1所述的對數(shù)字航空影像進行邊緣檢測，其具體實現(xiàn)包括以下子步驟: 步驟1.1.1:使用指定標準偏差σ的高斯濾波器對影像進行平滑； 步驟1.1.2:在影像每一像素點處，用一階偏導的有限差分來計算梯度的幅值和方向；步驟1.1.3:根據(jù)梯度方向分區(qū)，尋找同一分區(qū)內(nèi)梯度強度的局部極大值點，并且設置非局部極大值點為零，使得圖像邊緣得到細化； 步驟1.1.4:使用閾值Tl和Τ2對影像像素作閾值判斷，其中Τ1〈Τ2，灰度值大于Τ2的像素稱為強邊緣像素，Tl和Τ2之間的像素稱為弱邊緣像素； 步驟1.1.5:將與強邊緣像素8鄰域連接的弱邊緣像素作為強邊緣像素，根據(jù)是否為強邊緣像素對影像進行二值化，得到影像邊緣。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于影像統(tǒng)計特征的數(shù)字航空影像變形自動檢查方法，其特征在于: 步驟1.2所述的輪廓跟蹤，其具體實現(xiàn)包括以下子步驟: 步驟1.2.1:按照從左到右、從下到上的探測準則順序搜索經(jīng)過邊緣檢測后的影像的所有像素點，找到最左下的邊緣的邊界點并將其作為起始點； 步驟1.2.2:從第一個邊界點開始，定義初始的搜索方向為沿左上方；如果左上方的點是黑點，則為邊界點，否則順時針旋轉45°，這樣一直找到第一個黑點為止； 步驟1.2.3:將第一個黑點作為新的邊界點，在當前搜索方向的基礎上逆時針旋轉90°，繼續(xù)用同樣的方法搜索下一個黑點，直到返回最初的邊界點或找不到點； 步驟1.2.4:將已跟蹤獲得的輪廓存入鏈表中，并標注為已跟蹤； 步驟1.2.5:重復第一步，直至影像沒有未標注的輪廓。
4.根據(jù)權利要求1所述的基于影像統(tǒng)計特征的數(shù)字航空影像變形自動檢查方法，其特征在于:步驟1.3所述的曲線擬合，其具體實現(xiàn)包括過程為:設η為當前影像輪廓中含有的像素點個數(shù)，通過使用三次樣條函數(shù)擬合法構建形式參數(shù)t(t = O, 1，2…n-1)與當前影像輪廓所形成的平面曲線的函數(shù)關系式:
c(t) = (x(t), y (t)) 其中x(t)為平面曲線的橫坐標與參數(shù)t的函數(shù)關系，y(t)為平面曲線的縱坐標與參數(shù)t的函數(shù)關系。
5.根據(jù)權利要求1所述的基于影像統(tǒng)計特征的數(shù)字航空影像變形自動檢查方法，其特征在于:步驟2所述的計算數(shù)字航空影像各個輪廓曲線中的曲率極值點，其具體實現(xiàn)包括以下子步驟: 步驟2.1:計算輪廓曲線的曲率K(t)；
6.根據(jù)權利要求1所述的基于影像統(tǒng)計特征的數(shù)字航空影像變形自動檢查方法，其特征在于:步驟3所述的統(tǒng)計波形曲線開口對應方向的分布情況，判斷影像是否存在扭曲變形；其具體實現(xiàn)包括以下子步驟: 步驟3.1:計算波形曲線頂點的法線方向，其具體實現(xiàn)包括以下子步驟: 步驟3.1.1:根據(jù)波形曲線參數(shù)方程，計算波形曲線頂點的法線方向的弧度rad:
【文檔編號】G06T7/00GK104008556SQ201410272403
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月18日 優(yōu)先權日:2014年6月18日
【發(fā)明者】易堯華, 蘇海, 袁媛, 苗敏婧 申請人:武漢大學