[发明专利]基于改进互功率谱的星上图像配准叠加增强方法及系统

说明书

本发明涉及一种基于改进互功率谱的星上图像配准叠加增强的方法及系统，属于数字图像处理领域。该系统包括配准模块和叠加模块。首先，自由姿态空间相机在一段周期内进行多次短时曝光获得一系列暗弱图像，将这些图像经过配准模块基于改进的互功率谱来进行配准，最后由叠加模块对它们进行叠加，同时生成配准次数矩阵，对叠加后的图像进行非均匀性校正，最终生成高对比度、低噪声的图像。该方法及系统仅涉及到对数极坐标变换、傅里叶变换和叠加运算，与其他基于特征的配准方法相比，它具有计算复杂度低，易于在硬件中实现的特点，因此在遥感领域上有很大的应用潜力。

技术领域

本发明涉及数字图像处理技术领域，具体涉及一种基于改进互功率谱的星上图像在线配准叠加增强的方法。

背景技术

在空间相机获取图像过程中，相机相对于地面运动较快。若曝光时间较长，由于空间相机相对于地面的快速运动，容易形成影像的拖移，即像移，造成运动模糊，影响图像清晰度。若减小曝光时间以减轻这一现象，则会由于曝光不足而导致图像很暗弱，对比度低，容易受到噪声的影响。这时，人们一般采用时间延迟积分技术(Time-Delayintegration，TDI)来生成高对比度、高清晰度的图像。TDI是空间相机的一种常用的成像模式。它是将地面的目标进行多次短时曝光，获得一系列的低信噪比、低亮度的信号；然后对它们进行累积，得到高对比度、高亮度的信号。因此对这些暗弱信号进行累积时，确保对应的目标配准的准确性成为关键。现有的TDI技术一般采用复杂的数学模型计算出像移速度矢，然后采用精密且庞杂的调偏流机构来消除像移。因此有必要考虑通过配准来实现对暗弱图像进行叠加的技术，在提高图像亮度的同时，由于噪声分布的随机性，在叠加的过程中互相抵消，从而实现图像增强，即得到高对比度、高信噪比的图像。现有的图像配准算法一般采用基于特征的方法来实现，但其高计算复杂度使得它不易在硬件中实现，而一般的基于互功率谱只能计算两张图像之间的相对平移量，不能直观计算相对旋转和缩放，因此也无法在复杂多样的几何变换下准确地确定出变换参数，难以在该技术中得到的应用。

发明内容

本发明为解决现有图像配准方法不能直观计算相对旋转和缩放，也无法在复杂多样的几何变换下准确地确定出变换参数，进而难以得到实际应用等问题，提供一种基于改进互功率谱的星上图像配准叠加增强方法及系统。

基于改进互功率谱的星上图像配准叠加增强方法，该方法由以下步骤实现：

步骤一、采用自由姿态空间相机对同一场景在多次短时曝光，获取一系列暗弱图像；

步骤二、在步骤一获取的一系列暗弱图像中，将首张图像作为参考图像，其余图像作为待配准图像，并计算出参考图像的傅里叶变换谱和傅里叶变换幅值谱；

步骤三、选择一张待配准图像，并计算所述待配准图像的傅里叶变换幅值谱；

步骤四、将步骤二所述的参考图像的傅里叶变换幅值谱和步骤三中待配准图像的傅里叶变换幅值谱均进行高通滤波、对数极坐标变换和切波浪边缘操作，分别获得相应的对数极坐标下的傅里叶变换幅值谱；

步骤五、对两个对数极坐标下的傅里叶变换幅值谱进行傅里叶变换，分别得到相应的傅里叶-梅林变换谱；

步骤六、将两个傅里叶-梅林变换谱计算对数极坐标下的互功率谱，再进行傅里叶逆变换，得到互相关函数，并从中得到旋转和缩放参数的初步估计；

步骤七、对所述初步估计进行二次曲面插值，获得旋转和缩放参数的最终估计；

步骤八、利用步骤七所求的旋转和缩放参数对当前待配准图像进行变换，获得半配准的图像；

步骤九、对步骤八获得的半配准图像进行傅里叶变换，得到傅里叶变换谱，计算所述傅里叶变换谱与步骤二获得的参考图像的傅里叶变换谱之间的互功率谱，再进行傅里叶逆变换得到互相关函数，并从中得到平移参数的初步估计；

步骤十、对步骤九所述的平移参数的初步估计进行二次曲面插值，获得平移参数的最终估计；