[發(fā)明專利]基于改進(jìn)互功率譜的星上圖像配準(zhǔn)疊加增強(qiáng)方法及系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011591356.9
• 申請(qǐng)日: 2020-12-29
• 公開（公告）號(hào): CN112686933A
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉春雨;馮欽評(píng);陶淑蘋;曲宏松
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
• 主分類號(hào): G06T7/33
• 分類號(hào): G06T7/33
• 代理公司: 長(zhǎng)春眾邦菁華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 22214
• 代理人: 朱紅玲

1.基于改進(jìn)互功率譜的星上圖像配準(zhǔn)疊加增強(qiáng)方法，其特征是：該方法由以下步驟實(shí)現(xiàn)：

步驟一、采用自由姿態(tài)空間相機(jī)對(duì)同一場(chǎng)景在多次短時(shí)曝光，獲取一系列暗弱圖像；

步驟二、在步驟一獲取的一系列暗弱圖像中，將首張圖像作為參考圖像，其余圖像作為待配準(zhǔn)圖像，并計(jì)算出參考圖像的傅里葉變換譜和傅里葉變換幅值譜；

步驟三、選擇一張待配準(zhǔn)圖像，并計(jì)算所述待配準(zhǔn)圖像的傅里葉變換幅值譜；

步驟四、將步驟二所述的參考圖像的傅里葉變換幅值譜和步驟三中待配準(zhǔn)圖像的傅里葉變換幅值譜均進(jìn)行高通濾波、對(duì)數(shù)極坐標(biāo)變換和切波浪邊緣操作，分別獲得相應(yīng)的對(duì)數(shù)極坐標(biāo)下的傅里葉變換幅值譜；

步驟五、對(duì)兩個(gè)對(duì)數(shù)極坐標(biāo)下的傅里葉變換幅值譜進(jìn)行傅里葉變換，分別得到相應(yīng)的傅里葉-梅林變換譜；

步驟六、將兩個(gè)傅里葉-梅林變換譜計(jì)算對(duì)數(shù)極坐標(biāo)下的互功率譜，再進(jìn)行傅里葉逆變換，得到互相關(guān)函數(shù)，并從中得到旋轉(zhuǎn)和縮放參數(shù)的初步估計(jì)；

步驟七、對(duì)所述初步估計(jì)進(jìn)行二次曲面插值，獲得旋轉(zhuǎn)和縮放參數(shù)的最終估計(jì)；

步驟八、利用步驟七所求的旋轉(zhuǎn)和縮放參數(shù)對(duì)當(dāng)前待配準(zhǔn)圖像進(jìn)行變換，獲得半配準(zhǔn)的圖像；

步驟九、對(duì)步驟八獲得的半配準(zhǔn)圖像進(jìn)行傅里葉變換，得到傅里葉變換譜，計(jì)算所述傅里葉變換譜與步驟二獲得的參考圖像的傅里葉變換譜之間的互功率譜，再進(jìn)行傅里葉逆變換得到互相關(guān)函數(shù)，并從中得到平移參數(shù)的初步估計(jì)；

步驟十、對(duì)步驟九所述的平移參數(shù)的初步估計(jì)進(jìn)行二次曲面插值，獲得平移參數(shù)的最終估計(jì)；

步驟十一、利用平移參數(shù)，對(duì)步驟八獲得的半配準(zhǔn)的圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，獲得完全配準(zhǔn)圖像；

步驟十二、根據(jù)步驟七獲得的旋轉(zhuǎn)和縮放參數(shù)的最終估計(jì)以及步驟十獲得的平移參數(shù)的最終估計(jì)確定出配準(zhǔn)覆蓋指示矩陣；

步驟十三、重復(fù)步驟三至步驟十二，直至全部待配準(zhǔn)圖像配準(zhǔn)完畢；

步驟十四、將全部配準(zhǔn)好的圖像與參考圖像進(jìn)行疊加，得到疊加后的圖像；

步驟十五、將所有配準(zhǔn)覆蓋指示矩陣進(jìn)行疊加，獲得配準(zhǔn)疊加次數(shù)矩陣；

步驟十六、將步驟十四獲得的高對(duì)比度的圖像與步驟十五獲得的配準(zhǔn)疊加次數(shù)矩陣進(jìn)行元素除，獲得均勻背景的高對(duì)比度圖像。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于改進(jìn)互功率譜的星上圖像配準(zhǔn)疊加增強(qiáng)方法的系統(tǒng)，其特征是：包括配準(zhǔn)模塊和疊加模塊；

自由姿態(tài)空間相機(jī)獲取一系列暗弱圖像，在該暗弱圖像序列中，配準(zhǔn)模塊采用權(quán)利要求1中步驟三至步驟十一的方法進(jìn)行配準(zhǔn)，然后通過(guò)疊加模塊進(jìn)行疊加，最后結(jié)合疊加次數(shù)矩陣將疊加后的圖像的非均勻性去除，獲得最終的高對(duì)比度、高信噪比的圖像。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于：所述配準(zhǔn)模塊中包括輸入單元、傅里葉變換單元、高通濾波器、對(duì)數(shù)極坐標(biāo)變換單元、互功率譜計(jì)算單元、波浪邊緣裁剪單元、互相關(guān)函數(shù)計(jì)算單元、二次曲面插值單元以及幾何變換單元；

參考圖像和待配準(zhǔn)圖像經(jīng)輸入單元輸入后，均通過(guò)傅里葉變換單元進(jìn)行傅里葉變換，參考圖像的傅里葉變換幅值譜和待配準(zhǔn)圖像的傅里葉變換幅值譜均通過(guò)高通濾波器、對(duì)數(shù)極坐標(biāo)變換單元以及波浪邊緣裁剪單元后均生成對(duì)數(shù)極坐標(biāo)傅里葉變換幅值譜；

所述對(duì)數(shù)極坐標(biāo)傅里葉變換幅值譜經(jīng)傅里葉變換單元進(jìn)行傅里葉變換，分別得到相應(yīng)的傅里葉-梅林變換譜；

兩個(gè)傅里葉-梅林變換譜通過(guò)互功率譜計(jì)算單元計(jì)算，獲得對(duì)數(shù)極坐標(biāo)下的互功率譜，所述對(duì)數(shù)極坐標(biāo)下的互功率譜進(jìn)行傅里葉逆變換后通過(guò)互相關(guān)函數(shù)計(jì)算單元，得到互相關(guān)函數(shù)，并從中得到旋轉(zhuǎn)和縮放參數(shù)的初步估計(jì)；

采用二次曲面插值單元對(duì)所述初步估計(jì)進(jìn)行二次曲面插值，獲得旋轉(zhuǎn)和縮放參數(shù)的最終估計(jì)；

所述旋轉(zhuǎn)和縮放參數(shù)通過(guò)幾何變換單元待配準(zhǔn)圖像進(jìn)行變換，獲得半配準(zhǔn)圖像。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于：所述疊加模塊包括疊加單元和非均勻校正單元，所述疊加單元用于疊加已配準(zhǔn)的圖像和生成疊加次數(shù)矩陣；非均勻校正單元用于去除疊加后圖像的非均勻性。