專利名稱：一種高精度亞像元圖像的配準(zhǔn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像處理技術(shù)，具體指一種高精度亞像元圖像的配準(zhǔn)方法，它 用于對(duì)亞像元圖像配準(zhǔn)，提高圖像的配準(zhǔn)精度。
背景技術(shù)：
利用亞像元技術(shù)進(jìn)行超分辨率圖像重建是提高圖像空間分辨率的有效手 段，也是圖像處理領(lǐng)域中一個(gè)重要分支，最近幾年，國內(nèi)很多學(xué)者也在研究亞 像元探測(cè)技術(shù)，但研究主要集中在算法研究上，大部分研究都是假設(shè)一個(gè)理想 化的圖像獲取分系統(tǒng)，然后將理想原始圖像通過處理算法而得到最終高分辨率
圖像。圖1所示是理想亞像元探測(cè)過程模型圖，首先假設(shè)以在X和Y方向分 別位移50%像素獲取多幅原始圖象，然后將原始圖像按照50%像素位移進(jìn)行像 素點(diǎn)匹配——在理想處理過程中，即使原始圖像由于誤差的原因不具有50%像 素位移的理想相對(duì)空間位移，也會(huì)把原始圖像假設(shè)為50%像素位移——最后利 用超分辨率圖像融合算法，如常用的凸集投影(POCS)法進(jìn)行圖像融合處理。 此類研究和實(shí)際儀器的研究相關(guān)性比較小，有很大的局限性，指導(dǎo)意義有限， 無法解決實(shí)際儀器在加工和運(yùn)行過程中由機(jī)械精度問題所帶來的原始圖像匹 配不準(zhǔn)的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高精度亞像元圖像的配準(zhǔn)方法，解決由實(shí)際儀器 的不可測(cè)的機(jī)械精度所帶來的亞像元探測(cè)系統(tǒng)原始圖像匹配不準(zhǔn)的問題。
本發(fā)明公開了一種通過自適應(yīng)補(bǔ)償提高亞像元探測(cè)系統(tǒng)原始圖像匹配精度，最終提高重建圖像質(zhì)量的方法。具體地說，是在理想亞像元探測(cè)系統(tǒng)圖像 處理程序一一多圖像融合——之前，根據(jù)亞像元探測(cè)系統(tǒng)原始圖像的空間特
征就是位移會(huì)被控制在50%像素以內(nèi)，而旋轉(zhuǎn)通常是不存在的，或者是存在 但是可以忽略不計(jì)的條件下，為了增加計(jì)算準(zhǔn)確度和快速性，利用圖像灰度最 小二乘為評(píng)價(jià)函數(shù)的圖像空間配準(zhǔn)程度求解方法計(jì)算原始圖像匹配不準(zhǔn)程度， 并把空間配不準(zhǔn)系數(shù)傳遞給亞像元探測(cè)系統(tǒng)圖像處理程序進(jìn)行補(bǔ)償，通過原始 圖像的實(shí)際相對(duì)空間位移代替圖像處理過程中的50%像素位移的理想位置，從 而消弭由儀器機(jī)械精度帶來的圖像位移誤差問題。
本發(fā)明的自適應(yīng)補(bǔ)償方法如圖2流程框圖所示，首先對(duì)需配準(zhǔn)的圖a和圖 b各像素的灰度值進(jìn)行2n倍的立方插值，n取值范圍3 5， n取低值圖像匹配 精度低，n取高值圖像匹配精度高，但會(huì)加重計(jì)算機(jī)計(jì)算負(fù)荷，降低圖像處理 效率；然后采用最小二乘法，求解原始圖象實(shí)際的相對(duì)空間位移，獲得圖像配 不準(zhǔn)系數(shù)，計(jì)算時(shí)以圖b相對(duì)圖a的理想空間位移位置作為起始點(diǎn)，進(jìn)行上下 左右四個(gè)方向的，各n個(gè)子像素鄰域的位置滑動(dòng)，每次滑動(dòng)到一個(gè)位置，就計(jì) 算出兩幅圖像的相關(guān)性以相同空間位置的像素灰度最小二乘作為評(píng)價(jià)函數(shù)， 算子為在進(jìn)行nXn次滑動(dòng)、計(jì)算并且比較計(jì)算結(jié)果后，選取評(píng)價(jià)函數(shù)值最小 的圖像空間位置，得到原始圖像的實(shí)際空間位移；最后利用凸集投影(POCS) 法對(duì)圖a和圖b進(jìn)行融合處理，處理時(shí)以原始圖像的實(shí)際相對(duì)空間位移代替理 論的50%空間位移得到目標(biāo)圖像。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于
通過增加自適應(yīng)調(diào)節(jié)流程，解決了不可測(cè)的由精度問題帶來的原始圖像空 間位移誤差，提高了亞像元探測(cè)技術(shù)對(duì)提高儀器空間分辨率的效果。


圖l: 50%像素位移的亞像元圖像融合處理框圖。 圖2:自適應(yīng)補(bǔ)償亞像元圖像融合處理框圖。 圖3:圖像立方插值示意圖。 圖4:亞像元圖像配準(zhǔn)示意圖。
圖5:實(shí)際例配準(zhǔn)圖像，其中圖a、圖b時(shí)需配準(zhǔn)的圖象，圖(:是用50%
像素位移的亞像元圖像融合方法處理的圖像，圖d是采用本發(fā)明方法處理后的 圖像。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖3 圖5對(duì)本發(fā)明的自適應(yīng)補(bǔ)償提高亞像元探測(cè)技術(shù)效果的
方法的具體實(shí)施方式
作詳細(xì)說明
如圖3所示，在獲取圖5中的原始圖像圖a和圖b之后，不直接把原始圖 像按照50%的空間位移進(jìn)行配準(zhǔn)，而是首先進(jìn)行6倍的立方插值，因?yàn)?倍立 方插值可以計(jì)算得到的圖象空間配準(zhǔn)精度控制在8%以下，而根據(jù)我們的分析， 圖像配準(zhǔn)精度控制在8%像素以下時(shí)，對(duì)多圖像融合的效果影響就比較小了， 所以選擇6倍空間插值，是結(jié)合了計(jì)算效率和計(jì)算效果的雙重要求所做的選擇。
如圖4，把原始圖像圖a和圖b做6倍空間插值以后，以圖b相對(duì)圖a的理 想空間位移位置作為起始點(diǎn)，進(jìn)行上下左右四個(gè)方向的，各3個(gè)子像素鄰域的 位置滑動(dòng)，每次滑動(dòng)到一個(gè)位置，就計(jì)算出兩幅圖像的相關(guān)性以相同空間位 置的像素灰度最小二乘作為評(píng)價(jià)函數(shù)，算子為在進(jìn)行36次滑動(dòng)、計(jì)算并且比 較計(jì)算結(jié)果后，選取評(píng)價(jià)函數(shù)值最小的圖像空間位置，得到原始圖像的實(shí)際空 間位移，并傳遞兩個(gè)空間位置系數(shù)。
如圖5，凸集投影(POCS)法根據(jù)傳遞來的圖像實(shí)際空間位置系數(shù)，計(jì)算 出原始圖像的實(shí)際空間位移，在進(jìn)行圖像融合的時(shí)候，以原始圖像實(shí)際空間位移(圖a中同一方向條紋在預(yù)估計(jì)圖像上覆蓋的實(shí)際區(qū)域)代替理論值50%像 素位移(圖b中同一方向條紋在預(yù)估計(jì)圖像上覆蓋的實(shí)際區(qū)域)把預(yù)估計(jì)圖像 向?qū)嶋H圖像進(jìn)行投影，以便把實(shí)際空間相關(guān)的像素進(jìn)行融合，得到更符合實(shí)際 景物灰度信息的輸出圖像，圖c是按照沒有誤差的方法對(duì)有實(shí)際空間誤差的圖 像進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果，圖d是加入了圖像空間配準(zhǔn)的算法，對(duì)有實(shí)際空間誤差的 圖像進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)圖d的效果要好于圖c。
由于誤差的存在，匹配不準(zhǔn)的圖像進(jìn)行融合處理，不僅無法提高目標(biāo)圖像 的空間分辨率，還會(huì)在圖像融合過程中帶來圖像效果的惡化，而增加了自適應(yīng) 補(bǔ)償提高亞像元探測(cè)系統(tǒng)圖像配準(zhǔn)精度，消弭了誤差的影響，就會(huì)有效的解決 這個(gè)問題。
權(quán)利要求
1. 一種亞像元圖像的配準(zhǔn)方法，它采用凸集投影法進(jìn)行圖像融合處理，其特征在于在采用凸集投影法進(jìn)行圖像融合處理前，它還有一個(gè)求解原始圖象實(shí)際的相對(duì)空間位移的步驟來獲得凸集投影法所需的圖像配不準(zhǔn)系數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種亞像元圖像的配準(zhǔn)方法，其特征在于所 說的圖像配不準(zhǔn)系數(shù)按以下步驟求得A. 將需配準(zhǔn)的二幅圖像的各像素分割成2nX2n個(gè)子像素，各子像素的灰 度值采用2n倍的立方插值求得，n取值范圍3 5;B. 以上述需配準(zhǔn)的二幅圖像的理想空間位移位置作為起始點(diǎn)，對(duì)二幅圖 像中相對(duì)應(yīng)的各子像素的灰度值采用最小二乘法計(jì)算求值；C. 將上述需配準(zhǔn)的二幅圖像從理想空間位移位置開始進(jìn)行上下左右四個(gè) 方向進(jìn)行l(wèi)至n個(gè)子像素的滑移，每次滑移后，對(duì)二幅圖像中相對(duì)應(yīng)的各子像 素的灰度值采用最小二乘法計(jì)算求值；D. 比較步驟B、 C求得的nXn個(gè)計(jì)算值，最小者所對(duì)應(yīng)的子像素滑移值就是圖像配不準(zhǔn)系數(shù)的最佳值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高精度亞像元圖像的配準(zhǔn)方法，它包括在理想亞像元探測(cè)系統(tǒng)圖像處理程序之前，根據(jù)亞像元探測(cè)系統(tǒng)原始圖像的空間特征，增加利用最小二乘為評(píng)價(jià)函數(shù)的圖像空間配準(zhǔn)程度求解方法，并把空間配不準(zhǔn)系數(shù)傳遞給亞像元探測(cè)系統(tǒng)圖像處理程序進(jìn)行提高原始圖像空間配準(zhǔn)程度的過程。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是利用特定算法求解由儀器精度帶來的原始圖像空間匹配不準(zhǔn)的系數(shù)，并且通過系數(shù)傳遞，形成自適應(yīng)補(bǔ)償，使亞像元探測(cè)系統(tǒng)圖像處理程序參考原始圖像的配不準(zhǔn)程度，消弭由精度問題帶給亞像元探測(cè)效果的降低。使亞像元探測(cè)系統(tǒng)更接近工程實(shí)用化的程度。
文檔編號(hào)G06T5/00GK101286232SQ20081003832
公開日2008年10月15日 申請(qǐng)日期2008年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月30日
發(fā)明者俞建成, 孫勝利, 勇 羅, 春 許, 陳凡勝, 陳博洋, 陳桂林 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所