自适应分块加权Wallis并行匀色方法-遥感学报.PDF

自适应分块加权Wallis 并行匀色方法 李烁, 王慧, 王利勇, 于翔舟, 杨乐 信息工程大学 地理空间信息学院, 郑州 450001 摘要: 针对区域范围内多幅待镶嵌影像之间的色彩差异问题，本文提出一种基于GPU 的分块加权Wallis 并行匀 色算法。首先，根据变异系数对影像自适应分块并利用双线性插值确定每一个像素的变换参数，利用加权 Wallis 变换消除影像间的色彩差异。然后，为了控制区域整体的匀色质量，利用Voronoi 图和Dijkstra 算法确定影像间的 处理顺序。最后，利用GPU 技术进行并行任务设计并从配置划分、存储器访问和指令吞吐量等方面进行优化，提 高算法运算效率。实验结果表明，本文方法既能有效地消除影像间色彩差异，又能消除影像间的对比度差异。与 CPU 串行算法相比，GPU 并行算法显著减少了计算时间，加速比最高达到60 倍以上。 关键词: 影像匀色，GPU 并行，自适应分块，Wallis 变换，归约求和 中图分类号: TP237 文献标志码: A 引用格式 ： Wallis 变换，引入到色彩一致性处理中。李治江 1 引 言 （2005 ）采用全局 Wallis 变换对相邻影像进行色调 匹配。王密等 （2006 ）提出了一种兼顾整体与局部 在遥感领域中，大范围的镶嵌影像是影像分析 的匀色方法，在利用Wallis 变换对影像进行处理后， 和应用中的重要数据源。但是，受获取时刻光照、 采用直方图匹配法对重叠区域进一步处理。孙明伟 天气以及时相等条件的影响，待镶嵌影像之间存在 （2009 ）在 Wallis 变换基础上提出了基于最小二乘 着不同程度的色彩差异和对比度差异，使影像镶嵌 区域网平差的匀色处理方法，整体计算区域中每幅 更为复杂，也更为困难。因此，对区域范围内的多 影像的色调调整参数。李烁等（2016 ）针对正射影 幅影像进行匀色，也称色彩一致性处理 （吴炜等， 像提出了一种基于重叠区域的Wallis 匀色方法，根 2012 ），消除影像之间色彩差异，使测区内影像在 据相邻影像有效区域的重叠区域的均值和方差信息 色调上保持一致，降低影像镶嵌的难度，具有重要 进行匀色处理。上述方法本质上都是基于Wallis 变 的现实意义。 换且利用同一线性关系进行匀色处理，但是影像中 现有方法可以分为两类，一类是非线性方法， 的地物复杂多样，采用同一个线性关系不能很好地 如直方图匹配法（Helmer 等，2005 ；陈建乐等，2007 ） 消除影像之间的色彩差异。 和 Gamma 校正法（Zhou 等，2015 ）；另一类是线 此外，随着遥感数据获取方式朝着多平台、多 性变换法（Canty，2008 ；吴炜2013 ），也是最受关 轨道、多传感器、多光谱、高分辨率、短周期访问 注的方法，这类方法倾向于从影像的重叠区域选取 等方向发展，使得获取的遥感数据呈爆炸性增长（闸 不变像素作为样本参与统计，然后利用线性模型进 旋，2013 ），使影像匀色处理的效率面临挑战。传 行相对辐射校正。对于像素样本的筛选，张鹏强等 统基于CPU 的串行处理模式运算能力已明显不足， （2006 ）采用人工选取的方法，Chen 等 （2014 ）使 无法满足在应急应用领域中对海量遥感数据快处理 用迭代加权的多元变化检测法，Zhang 等（2014 ） 需求（方留杨等，2013 ）。随着 GPU （Graphic 利用迭代慢特征分析法，Lin 等 （ processing unit ）通用计算能力的不断增强，为提高 2015 ）采用加权主 成分分析法。这些方法虽然可以不同程度的解决色