基于結(jié)構(gòu)信息的異源遙感圖像局部特征描述符研究

付志濤

昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650093

異源遙感圖像處理中不同傳感器由于成像機(jī)理和工作原理不同，異源圖像之間往往存在較大輻射差異和幾何形變，使得異源圖像的局部不變特征描述成為一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性工作。針對異源遙感圖像局部特征描述符可區(qū)分性不足、旋轉(zhuǎn)變化的穩(wěn)健性不強(qiáng)及計算效率較低等問題，論文展開了一系列深入研究，主要研究工作如下：

(1) HOMPC(histograms of oriented magnitudes and phase congruency)：可區(qū)分的異源遙感圖像局部特征描述符。目前的局部特征描述符對非線性輻射差異的圖像穩(wěn)健性不足而導(dǎo)致描述符的可區(qū)分度不高。針對這一難點(diǎn)，提出一種基于幅值和相位一致性的局部特征描述符—HOMPC。該描述符根據(jù)log-Gabor濾波器的響應(yīng)幅度，利用相位一致性方向圖和幅值方向二值圖來分別捕獲具有非線性輻射變化的異源遙感圖像之間的幾何結(jié)構(gòu)和紋理結(jié)構(gòu)信息。采用HOG(histogram of oriented gradients)描述符分塊構(gòu)建局部特征區(qū)域的相位一致性方向直方圖(HPC)和幅值方向直方圖(HOM)。整合歸一化的HOM和HPC，得到HOMPC描述符。通過選擇多組異源遙感圖像數(shù)據(jù)集作為測試數(shù)據(jù)，將HOMPC與幾種最優(yōu)秀的描述符進(jìn)行匹配性能比較。結(jié)果表明，HOMPC描述符能夠較好地抵抗圖像間的非線性輻射差異，具有較高區(qū)分能力。

(2) RIMPC(rotation invariant histograms of oriented magnitudes and phase congruency)：旋轉(zhuǎn)不變性的異源遙感圖像局部特征描述符。目前的局部特征描述符大多具有旋轉(zhuǎn)不變性，但對具有非線性輻射差異異源圖像的穩(wěn)健性較差，HOMPC描述符僅能容忍小角度旋轉(zhuǎn)變化(10°以內(nèi))。針對這一難點(diǎn)，提出一種具有旋轉(zhuǎn)不變性的局部特征描述符—RIMPC。該描述符利用log-Gabor奇對稱濾波的平均響應(yīng)值構(gòu)建每個興趣點(diǎn)的主方向，并根據(jù)主方向計算興趣點(diǎn)區(qū)域?qū)?yīng)每個子區(qū)域的旋轉(zhuǎn)不變性中心點(diǎn)坐標(biāo)及旋轉(zhuǎn)不變性幅值方向直方圖和相位一致性直方圖，歸一化得到RIMPC描述符。選擇多組異源遙感圖像數(shù)據(jù)集，將RIMPC與幾種最優(yōu)秀的描述符進(jìn)行匹配性能比較。結(jié)果表明，RIMPC對具有非線性輻射差異的旋轉(zhuǎn)變化圖像具有較強(qiáng)的穩(wěn)健性，且優(yōu)于其他描述符。

(3) HoDM(histograms of directional response maps)：快速的異源遙感圖像局部特征描述符。目前的局部描述符，如SURF(speeded-up robust features)以及局部二進(jìn)制描述符，基本可以滿足實(shí)時性匹配需求，但對具有非線性輻射差異的異源圖像的穩(wěn)健性不足，HOMPC和RIMPC描述符無法滿足匹配任務(wù)的實(shí)時性需求。針對這一難點(diǎn)，提出一種組合結(jié)構(gòu)和紋理信息的局部特征描述符—HoDM。該描述符使用Sobel多方向?yàn)V波構(gòu)建方向響應(yīng)值圖和方向響應(yīng)二值圖分別捕捉異源圖像之間的共同結(jié)構(gòu)和紋理特征。使用高斯濾波器和均值濾波器分別對多方向響應(yīng)值圖和響應(yīng)二值圖進(jìn)行卷積直接得到每個像素點(diǎn)的直方圖。結(jié)合分塊思想，得到HoDM描述符。通過多組異源遙感圖像數(shù)據(jù)集進(jìn)行匹配性能測試，HoDM具有較強(qiáng)的穩(wěn)健性和快速性，且優(yōu)于其他描述符。