[发明专利]基于改进SIFT引导ISAR图像特征点提取匹配方法

摘要

本发明涉及逆合成孔径雷达图像处理技术，尤其涉及一种基于SIFT引导的ISAR图像特征点提取与匹配方法。通过本发明，在保证传统SIFT精确性高，对图像的旋转、缩放鲁棒性较高等优点的基础上，首先通过改进的SIFT匹配算法得到少量匹配精度高的特征点，然后基于图像特征点变换矩阵为引导搜索二次匹配，进一步增加匹配点数目，实现了两幅ISAR图像特征点集的高精度完整匹配，保证了所提特征点尽可能完整反映目标结构，具有重要的工程应用价值。

主权项

1.基于改进SIFT引导的ISAR图像特征点提取与匹配方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1：采用改进的SIFT检测算法进行特征点检测：针对ISAR图像的特性，本发明提出一种改进的SIFT检测算法，该算法把尺度空间极值点检测的准则修改为：一个像素只有在比它尺度空间内相邻的像素都大且幅度值大于一定阈值，才可作为一个局部极值点；通过改进的SIFT检测算法，提取的特征点都位于目标主体结构上，所提取的两幅ISAR图像特征点集为Q1,Q2；S2：采用改进的SIFT匹配算法匹配得到对应特征点集：本发明利用改进的SIFT匹配算法来消除误匹配，具体做法如下：S2.1对两幅ISAR图像提取的特征点集Q1和Q2进行匹配；S2.2基于双向匹配的原则，交换两幅ISAR图像的顺序对特征点集Q2和Q1再次进行匹配；S2.3取两次匹配结果的交集，消除一个特征点存在多个匹配点的误匹配问题；S2.4为保证匹配精度，基于匹配相容度对匹配结果进行筛选，解决以欧氏距离作为匹配度量而产生的误匹配问题；完成精匹配得到的特征点集记为J1,J2；此时利用改进的SIFT匹配算法消除误匹配后的匹配点数较少，不能完整反映目标结构，需要进行二次匹配来增加匹配点数；S3：估计图像特征点变换矩阵：在同一雷达成像平面下，随着转角的变化不同ISAR图像中特征点的坐标关系满足：其中，θ表示相干时间内转角，M(θ)表示变换矩阵，为第i幅ISAR图像中的第n个特征点位置，表示第i幅ISAR图像匹配成功的特征点对，理想情况下，事实上，由于ISAR图像质心存在的偏移、成像转角不同引起不同ISAR图像的方位向尺度差异、特征点提取存在的精度误差等因素，特征点坐标矩阵之间的关系并不完全满足式(1)，需要进行一定的校正，具体做法如下：S3.1对ISAR图像进行几何质心归一化：为克服ISAR图像质心存在的偏移，对ISAR图像特征点集J1和J2分别进行几何质心归一化：式中表示第i幅ISAR图像所匹配特征点的均值坐标；S3.2对ISAR图像进行标定以消除尺度差异：对于转角不同引起的尺度差异，可通过ISAR图像标定来消除；目标的距离向分辨率ρr取决于雷达的带宽B，即：ρr＝c/2B  (3)其中c为光速；目标的方位向分辨率由成像过程中目标转过的角度决定，假定第i幅ISAR图像成像期间转角大小为θ_i，该空间目标转角可根据轨道运行参数得知，则其方位向分辨率为：其中fc为雷达载频；根据方位向分辨率距离向分辨率ρ_r对特征点坐标进行标定以消除尺度差异：其中称为第i幅ISAR图像的标定矩阵，为第i幅ISAR图像标定以后的第n个特征点的位置；标定后的特征点对Fi'满足：Fi'＝TsiFi  (6)由此，不同ISAR图像尺度差异的影响得以消除；S3.3估计标定后的图像特征点变换矩阵：记：E(θ)＝F1'‑M(θ)·F′2  (7)使E(θ)取值最小的θ即所估计的转角即：此时的即所求的图像特征点变换矩阵；S4：图像特征点变换矩阵引导搜索二次匹配：定义两幅ISAR图像经过步骤S2匹配后仍未配准的特征点集或通过其他特征点提取方法提取的特征点集为W₁,W₂，由J₁,J₂计算出的图像特征点变换矩阵为二次匹配的具体做法如下：S4.1按照步骤S3中的方法，对两幅ISAR图像的特征点集W1和W2坐标进行质心归一化、标定处理；对于W₁中的点W₁ⁱ，进行质心归一化、标定处理得到的横纵坐标对于W₂中的点进行质心归一化、标定处理得到的横纵坐标其中和表示新的特征点集；S4.2对坐标按图像特征点变换矩阵进行变换，更新坐标得到S4.3以作为待匹配点，以特征描述子欧式距离为阈值，在中搜索匹配点；待所有的特征点都寻找到匹配点后，即完成了以图像特征点变换矩阵为引导搜索的二次匹配，匹配后的特征点集记为P₁和P₂；S5：合并基于改进的SIFT匹配算法精匹配结果和基于图像特征点变换矩阵为引导搜索的二次匹配结果：取基于改进的SIFT匹配算法精匹配结果J1,J2和基于图像特征点变换矩阵为引导搜索的二次匹配结果P1，P2的并集，实现高精度完整匹配，保证了所提取的特征点尽可能完整反映目标结构。