[發明專利]基于改進互功率譜的星上圖像配準疊加增強方法及系統

在審

• 申請號: 202011591356.9
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112686933A
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 劉春雨;馮欽評;陶淑蘋;曲宏松
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G06T7/33
• 分類號: G06T7/33
• 代理公司: 長春眾邦菁華知識產權代理有限公司 22214
• 代理人: 朱紅玲

本發明涉及一種基于改進互功率譜的星上圖像配準疊加增強的方法及系統，屬于數字圖像處理領域。該系統包括配準模塊和疊加模塊。首先，自由姿態空間相機在一段周期內進行多次短時曝光獲得一系列暗弱圖像，將這些圖像經過配準模塊基于改進的互功率譜來進行配準，最后由疊加模塊對它們進行疊加，同時生成配準次數矩陣，對疊加后的圖像進行非均勻性校正，最終生成高對比度、低噪聲的圖像。該方法及系統僅涉及到對數極坐標變換、傅里葉變換和疊加運算，與其他基于特征的配準方法相比，它具有計算復雜度低，易于在硬件中實現的特點，因此在遙感領域上有很大的應用潛力。

技術領域

本發明涉及數字圖像處理技術領域，具體涉及一種基于改進互功率譜的星上圖像在線配準疊加增強的方法。

背景技術

在空間相機獲取圖像過程中，相機相對于地面運動較快。若曝光時間較長，由于空間相機相對于地面的快速運動，容易形成影像的拖移，即像移，造成運動模糊，影響圖像清晰度。若減小曝光時間以減輕這一現象，則會由于曝光不足而導致圖像很暗弱，對比度低，容易受到噪聲的影響。這時，人們一般采用時間延遲積分技術(Time-Delayintegration，TDI)來生成高對比度、高清晰度的圖像。TDI是空間相機的一種常用的成像模式。它是將地面的目標進行多次短時曝光，獲得一系列的低信噪比、低亮度的信號；然后對它們進行累積，得到高對比度、高亮度的信號。因此對這些暗弱信號進行累積時，確保對應的目標配準的準確性成為關鍵。現有的TDI技術一般采用復雜的數學模型計算出像移速度矢，然后采用精密且龐雜的調偏流機構來消除像移。因此有必要考慮通過配準來實現對暗弱圖像進行疊加的技術，在提高圖像亮度的同時，由于噪聲分布的隨機性，在疊加的過程中互相抵消，從而實現圖像增強，即得到高對比度、高信噪比的圖像。現有的圖像配準算法一般采用基于特征的方法來實現，但其高計算復雜度使得它不易在硬件中實現，而一般的基于互功率譜只能計算兩張圖像之間的相對平移量，不能直觀計算相對旋轉和縮放，因此也無法在復雜多樣的幾何變換下準確地確定出變換參數，難以在該技術中得到的應用。

發明內容

本發明為解決現有圖像配準方法不能直觀計算相對旋轉和縮放，也無法在復雜多樣的幾何變換下準確地確定出變換參數，進而難以得到實際應用等問題，提供一種基于改進互功率譜的星上圖像配準疊加增強方法及系統。

基于改進互功率譜的星上圖像配準疊加增強方法，該方法由以下步驟實現：

步驟一、采用自由姿態空間相機對同一場景在多次短時曝光，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圖像，并計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、選擇一張待配準圖像，并計算所述待配準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圖像的傅里葉變換幅值譜均進行高通濾波、對數極坐標變換和切波浪邊緣操作，分別獲得相應的對數極坐標下的傅里葉變換幅值譜；

步驟五、對兩個對數極坐標下的傅里葉變換幅值譜進行傅里葉變換，分別得到相應的傅里葉-梅林變換譜；

步驟六、將兩個傅里葉-梅林變換譜計算對數極坐標下的互功率譜，再進行傅里葉逆變換，得到互相關函數，并從中得到旋轉和縮放參數的初步估計；

步驟七、對所述初步估計進行二次曲面插值，獲得旋轉和縮放參數的最終估計；

步驟八、利用步驟七所求的旋轉和縮放參數對當前待配準圖像進行變換，獲得半配準的圖像；

步驟九、對步驟八獲得的半配準圖像進行傅里葉變換，得到傅里葉變換譜，計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，再進行傅里葉逆變換得到互相關函數，并從中得到平移參數的初步估計；

步驟十、對步驟九所述的平移參數的初步估計進行二次曲面插值，獲得平移參數的最終估計；