[发明专利]一种基于归一化互相关和SIFT的太阳图像配准方法

说明书

本发明涉及一种基于归一化互相关和SIFT的太阳图像配准方法，属于天文技术和图像处理领域。本发明首先对一组分别来自空基(SDO)的全日面观测图像和地面望远镜(NVST)的太阳局部高分辨率观测图像进行降采样预处理，然后使用归一化互相关匹配算法，解决待配准区域视场不一致问题，计算全日面图像与局部高分辨图像的最佳匹配位置，以该位置截取子图作为待配准的参考图像；采用基于尺度不变的特征检测算子(SIFT)对待配准图像进行特征检测，获得特征点集；使用MLESAC算法消除误匹配特征点对；最后使用最小二乘法求解图像间的变换参数，得到配准结果。本发明解决了不同观测源太阳图像的快速、自动、高精度配准。

技术领域

本发明涉及一种基于归一化互相关和SIFT的太阳图像配准方法，属于天文技术和图像处理领域。

背景技术

太阳观测是太阳物理研究的重要研究内容，主要通过研制各种各样的太阳望远镜对发生在太阳上的各种物理现象和过程进行观测，并对观测数据进行分析提取挖掘以获取研究成果。对太阳观测望远镜分为地基太阳望远镜和空基太阳望远镜两大类。我国已建成并投入使用的有北京怀柔地基望远镜，云南天文台抚仙湖1米新真空红外太阳望远镜(NVST)。以上为地基光学望远镜，只能接收大于290nm的太阳辐射，其它波段观测数据被大气层吸收。同时，我国也已建成射电望远镜用于接收大气层吸收较弱的其他波段的观测信号。为更好的对太阳进行多波段的观，美国及欧盟已建立数个空基天文台，其中以SDO(Solar Dynamics Observatory,SDO)、Stereo和SOHO最具代表性，实现对太阳多波段、全时域观测。SDO搭载3部太阳观测仪，各获得紫外，极紫外等各个波段上的观测图像。天基观测受限于航空器发射重量限制，全日面观测图像难以实现与得到地基的一样高分辨观测的结果，如NVST及NST的分辨太阳太阳黑子高分辨观测图像。探索新的观测方法与手段，揭示太阳内部演化规律，一直是太阳观测中的关键研究内容。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供了一种基于归一化互相关和SIFT的太阳图像配准方法，用以解决空基望远镜拍摄的全日面太阳观测图像与地基望远镜拍摄的太阳局部高分辨率观测图像相配准的问题。

本发明采用的技术方案是：一种基于归一化互相关和SIFT的太阳图像配准方法，包括如下步骤：

步骤1：输入两幅太阳观测图像，其中一幅是来自SDO的全日面观测图像，作为参考图像I₁，另一幅是来自NVST的太阳局部高分辨率观测图像，作为浮动图像I₂，对两幅图像分别进行预处理，首先对两幅图像进行降采样，SDO全日图缩小0.5倍，NVST局部高分辨率图像缩小0.1倍。采用瑞利分布，增强系数为0.2对两幅图像I₁、I₂进行限制对比度直方图均衡增强。

步骤2:使用归一化互相关匹配算法，解决待配准区域视场不一致问题，计算全日面图像与局部高分辨图像的最佳匹配位置，以该位置截取子图作为待配准的参考图像。

归一化互相关匹配算法的原理是：待检测图像S的大小为M₁×M₂，模板图像T的大小为N₁×N₂，一般M＞＞N，即M₁大于N₁、M₂大于N₂，模板图像T在待检测图像S上从左到右、从上到下逐像素搜索，搜索窗口所覆盖的子图记作S_i，j,其中(i，j)是子图的左上角顶点在待检测图S里的坐标。通过相关函数R(i，j)计算每个子图与模板图之间的灰度相关系数，系数最大的子图坐标即为匹配位置。

步骤3:用SIFT特征点检测和匹配。

Step3.1:建立尺度空间，检测关键点：

一副图像I(x，y)的尺度空间函数L(x，y，σ)可以定义为对图像作可变尺度的高斯卷积：