遥感图像拼接技术的研究和进展
摘要：图像拼接是通过计算机将若干相邻分幅的数字图像拼接成一幅图像的技术。遥感图像拼接，简单来说，就是利用计算机将两幅或两幅以上遥感图像拼在一起，构成一幅图像的技术过程。本文简要介绍遥感图像拼接的研究意义，方法，处理过程，以及遥感图像拼接的进展。
关键词：拼接 镶嵌 拼接方法 处理过程
The research and progress of
Remote sensing image mosaic technology
Chen Erdonghao
（School of Geographical Sciences，Southwestern University，Chongqing）
Abstract: Image Stitching, through the computer, is a technology to make a number of adjacent sub-site digital image into a mosaic image. The remote sensing image mosaic, to put it simply, it is using the computer for more than two or two remote sensing images to fight together, constitute an image of the technical process. This paper introduces the study of remote sensing image mosaic meaning, method, process, as well as the progress of remote sensing image mosaic.
Key words: mosaic inlaid The method of mosaic Approach
0 引言
拼接即镶嵌，图像镶嵌技术（ＭｏｓａｉｃＴｅｃｈｎｉｑｕｅ）是一种表示图像序列信息的新技术。它通过找出一对图像间的视觉相关性（ＶｉｓｕａｌＣｏｒｅｓｐｏｎｄｅｎｃｅ），进而求出图像间的转换关系，最终将一序列真实图象合成为同一世界坐标系下的全维场景（Ｐａｎｏｒａｍａ）[1]。近十几年来，RS技术与GPS、GIS技术结合，相得益彰，取得日新月异的变化。RS技术，主要提供全天候、全时域、全空间和定量化的时空数据源、如大范围、高精度的地球空间信息和图像。然而，为了在不降低图像分辨率的条件下获取超宽视角甚至360°的全景图，满足实时性的唯一方法是利用计算机进行图像拼接[2]。
一 遥感图像拼接的意义
图像镶嵌技术在宇宙空间探测、海底勘测、医学、气象、地质勘测、军事、视频压缩和传输，档案的数字化保存，视频的索引和检索，物体的3D重建，军事侦察和公安取证等领域都有广泛的应用[3-4]。
主要表现为：
(1)全景图和超宽视角图像的合成：将普通图像或视频图像进行无缝镶嵌，得到超宽视角甚至360度全景图，这样就可以用普通相机实现场面宏大的景物拍摄。
(2)碎片图像的组合：将医学和科研的显微碎片图像或者空间、海底探测得到的局部图像合成大幅的整体图像。
(3)虚拟现实：图像镶嵌是虚拟现实领域里场景绘制(Image-based Rendering，IBR)方法中的一项基本技术。利用图像镶嵌技术可以生成全方位图像，用全景图表示实景可代替3D场景建模和绘制。
二 遥感图像拼接的方法
近年来，针对不同场景获得的衔接图像，人们提出了各种相应的技术方法[5-15]。之如： TM图像的镶嵌[16]，比值法图像的镶嵌[17]，边缘信息图像的镶嵌[18],灰度相关图像的镶嵌[19]，角点匹配图像的镶嵌[20]，遥感图像半自动镶嵌[21]，数字地貌的镶嵌[22]，数字正射影像的镶嵌 [23]，小波分析的图像镶嵌[24]，以及，在分析了几种图像拼接方法存在的缺点后，依据摄影测量原理，提出了一种基于整体平差的图像拼接方法。实验证明，该方法具有自动化程度高、直接利用图像上的明显特征点、拼接精度高且不限图幅大小等优点[25]。
三 遥感图像拼接的处理过程
以遥感图像拼接或镶嵌的过程来定义，遥感图像的拼接就是对若干幅互为邻接（时相往往可能不同）的遥感数字图像通过彼此间的几何镶嵌、色调调整、去重叠等数字处理，镶嵌拼接成一幅统一的新图像，目的是制作好一幅总体上比较均衡的数字镶嵌图[26]。
根据[27]，遥感图像拼接的过程主要有：
1 准备工作
首先要根据研究对像和专业要求，挑选数据合适的遥感图像。在镶嵌时，应尽可能选择成像时间和成像条件接近的遥感图像，以减轻后续的色调调整工作。磁带选定后，就需要输入到图像处理设备中对各幅图像分波段进行显示，审查图像是否有条带以及什么类型的条带，同时了解各幅图像间色调的差异等，据此制定出下一步处理的计算和内容。
2 预处理工作
预处理工作主要包括：辐射校正，去条带和斑点，几何校正。
3 确定实施方案
在进行多幅图像的镶嵌时，镶嵌方案的确定是较为重要的，镶嵌实施方案确定得好，可以节省时间和工作量。为此，首先应确定标准像幅，标准像幅往往选择处于研究区中央的图像，以后的镶嵌工作都以此图像作为基准进行，其次确定镶嵌的顺序，即以标准像幅为中心，由中央向四周逐步进行。值得注意的是，镶嵌工作的着眼点是全部待镶嵌的图像，而落脚点却总是两幅相邻图像间的镶嵌。
4 重叠区的确定
遥感图像镶嵌工作的进行主要是基于相邻图像的重叠区。无论是色调调整，还是几何镶嵌，都是将重叠区作为基准进行的。重叠区确定的是否准确直接影响到镶嵌的效果。
5 色调调整
色调调整是遥感图像数字镶嵌技术中的一个关键环节。不同时相或成像条件存在差异的图像，由于要镶嵌的图像辐射水平不一样，图像的亮度差异较大，若不进行色调调整，镶嵌在一起的几幅图，即使几何位置配准很理想，由于色调各不相同，也不能很好地应用于各个专业上。另外，成像时相和成像条件接近的图像，也会由于传感器的随机误差造成不同像幅的图像色调不一致，从而影响应用的效果，因此必须进行色调调整。
6 图像镶嵌
其中，最重要的技术是配准和融合[28]。
配准有多种方式，如基于控制点的匹配方式，基于矩的配准方式，基于边缘的配准方式，基于相似性判据最优化的方式[29]，配准的目的就是找出一种最能描述待拼接图像之间映射关系的变换模型[30]。融合，有时候也叫缝合，也有多种方法，如最简单的有中值滤波和加权平均融合，复杂的有图像权重法和高斯样条插值法[3]。
四 遥感图像拼接的进展
国外图像镶嵌技术研究现状：基于L-M算法的图像镶嵌模型，基于投影的图像镶嵌模型，自适应的图像镶嵌模型，基于图像高级特征的图像镶嵌模型。国内研究现状：基于模板匹配的图像镶嵌，基于傅立叶变换的相位相关的图像镶嵌，基于小波变换的图像镶嵌[3]。
五 总结
本文详细介绍了遥感图像拼接的处理过程，由于，图像镶嵌的主要难点是图像配准问题，虽然目前国内外提出了多种具有代表性的算法，但是没有一种算法是万能的，即适合所有不同属性的图像，它们各有优缺。针对不同的图像，应选择不同的算法。
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