[发明专利]基于航向恒定船舶的远海序列光学遥感影像配准方法

说明书

本发明提供一种基于航向恒定船舶的远海序列光学遥感影像配准方法，包括：获取待测遥感影像，对待测遥感影像进行船舶检测，获得多艘船舶的航迹信息；通过阈值分割和外接矩形算法，从待测遥感影像提取每艘船舶在每一帧影像中的航向；根据航迹信息计算每艘船舶的目标航迹方向，利用目标航迹方向修正每艘船舶在每一帧影像中的航向；计算修正后的每艘船舶在所有帧影像中的航向均值，根据修正后的每艘船舶在每一帧影像中的航向与航向均值之差，从多艘船舶中确定出航向恒定船舶，得到航向恒定船舶的航向；根据航向恒定船舶的航向和航迹信息，建立关于影像偏移量的方程组，通过求解方程组确定影像帧间偏移量，利用影像帧间偏移量对待测遥感影像进行配准。

技术领域

本发明涉及光学序列遥感图像配准技术领域，尤其涉及一种基于航向恒定船舶的远海序列光学遥感影像配准方法。

背景技术

静止轨道光学遥感卫星能够采集一个区域内的连续帧光学影像，在航运监测中具有重要的作用。但由于卫星姿态容易受到轻微扰动，序列图像的定位存在差异，将一组图像按照RGB的方式拼接后可以发现地物之间存在明显的偏差。这种偏差的存在会导致船舶在不同时刻的相对位置存在偏差，进而影响到船舶航向和航速的估算，对航运监测存在不利的影响。

为解决遥感图像间的定位偏差，一般采用基于图像的配准算法进行图像配准。图像配准基本遵循基于特征点对构建空间变换矩阵的方案，具体如下：首先利用特征点提取算法（如SIFT算子提取）从两幅图像中提取特征点；进一步利用相似度度量函数从两幅图像的特征点中筛选属于同一位置的特征点对，即同名点对；在此基础上，利用同名点对的坐标构建两幅图像间的仿射变换矩阵，最终基于该变换矩阵对图像进行重建和配准。

但是，对于成像区域是海面的序列遥感图像，基于同名点的图像配准算法无法获取稳定的参考点，无法建立准确的仿射变化矩阵。基于同名点对的图像配准算法是建立在图像中的物体形态不发生变化、物体不发生不可知位移的基础上的。而在茫茫大海上，物体形态不稳定（如海波、云等），位置不稳定（物体位置随时间变化而变化），难以满足基于同名点对的配准算法的基本假设。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供了一种基于航向恒定船舶的远海序列光学遥感影像配准方法。

本发明提供了一种基于航向恒定船舶的远海序列光学遥感影像配准方法，包括：步骤S1，获取待测遥感影像，对待测遥感影像进行船舶检测，获得多艘船舶的航迹信息；步骤S2，通过阈值分割和外接矩形算法，从待测遥感影像提取每艘船舶在每一帧影像中的航向；步骤S3，根据航迹信息计算每艘船舶的目标航迹方向，利用目标航迹方向修正每艘船舶在每一帧影像中的航向；步骤S4，计算修正后的每艘船舶在所有帧影像中的航向均值，根据修正后的每艘船舶在每一帧影像中的航向与航向均值之差，从多艘船舶中确定出航向恒定船舶，得到航向恒定船舶的航向；步骤S5，根据航向恒定船舶的航向和航迹信息，建立关于影像偏移量的方程组，通过求解方程组确定影像帧间偏移量，利用影像帧间偏移量对待测遥感影像进行配准。

进一步地，在步骤S1，对待测遥感影像进行船舶检测，获得多艘船舶的航迹信息，具体包括：步骤S11，采用预设的船舶检测算法对待测遥感影像进行检测，获得多个目标的外接矩形框，外接矩形框的中心为船舶中心；步骤S12，采用预设的船舶关联算法从多个目标的外接矩形框获得多艘船舶的航迹信息。

进一步地，船舶检测算法采用YOLOv4船舶检测算法，船舶关联算法采用综合同步轨道序列光学影像时空信息的船舶关联算法。

进一步地，步骤S2具体包括：步骤S21，采用OTSU算法对待测遥感影像进行阈值分割形成多帧影像，从多帧影像提取包含目标的像素区域；步骤S22，采用最小外接矩形算法获取像素区域的最小外接矩形；步骤S23，根据最小外接矩形的坐标，计算出每艘船舶在每一帧影像中的航向。

进一步地，在步骤S3，每艘船舶的目标航迹方向按照以下公式计算得出：