一种用于太阳高分辨率图像中图像配准的方法技术

本发明专利技术涉及用于太阳高分辨率图像中图像配准的方法，属天文技术和图像处理领域。本发明专利技术先对图像进行预处理，初步匹配高分辨率像在全日面像中的位置；其次，采用最大块方向角法计算方向角差，得到粗转角度；根据粗转角度，在初始匹配的基础上进行粗转；接着，再对数‑极空间测量精细旋转量，得到细转角度，根据细转角度，在粗转的基础上进行细转；然后，采用互相关法计算模板图像和搜索窗口之间的互相关值，得到匹配点的转换矩阵，计算旋转角和比例尺，在细转的基础上进行配准；最终得到配准之后的图像。本发明专利技术在互相关法和Fourier‑Mellin方法的基础上，采用粗匹配加细匹配加点匹配的方法，有效地提高了配准的精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于太阳高分辨率图像中图像配准的方法，特别涉及一种结合互相关法和Fourier-Mellin方法的太阳高分辨率像的图像配准方法，适用于图像之间存在缩放、旋转和平移变换关系的图像，属于天文技术和图像处理领域。
技术介绍
太阳图像中存在着各种不同的活动，因此，为了能够更准确的获得它们的位置和关系，在进行太阳图像的研究时，往往需要拍摄大量的高分辨率图像和全日面像进行图像配准。目前，根据不同的图像信息间的区别，图像配准的方法分为两个主要的类别，一类是基于灰度信息的图像配准方法，另一类是基于特征的图像配准方法。互相关法属于典型的基于灰度信息的图像配准方法，它是一种匹配度量，通过计算模板图像和搜索窗口之间的互相关值来确定匹配的程度。Fourier-Mellin属于典型的基于变换域信息的图像配准方法，该方法通过计算两幅图像功率谱的反Fourier变换所对应的峰值位置求取它们的相对平移，通过对图像幅度谱进行对数-极坐标变换，在对数-极空间计算出相对旋转角度和尺度缩放因子，从而实现满足缩放、旋转和平移变换关系的图像之间的配准。太阳图像中的各种活动现象都是非刚性运动，并且由于拍摄太阳图像的设备以及拍摄过程中的不确定性，得到的太阳图像存在旋转、缩放和平移现象，由于太阳图像的特殊性，拍摄得到的太阳图像存在特征不明显，不存在明显的角点等特征信息，因此，传统的图像配准方法在处理太阳图像的配准时存在明显缺陷。本专利技术正是为了解决这些问题提出了一种用于存在旋转、缩放和平移变换关系的太阳高分辨率图像和全日面像的配准方法，该方法在基于灰度信息配准的基础上，结合互相关法和Fourier-Mellin方法，采用粗角度匹配加细角度匹配加点匹配方法，精确地对存在缩放、旋转和平移变换的太阳图像进行配准，解决了传统的配准方法在配准太阳图像不精确的问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种用于存在旋转、缩放和平移变换关系的太阳高分辨率图像和全日面像的配准方法，该方法在基于灰度信息配准的基础上，结合互相关法和Fourier-Mellin方法，采用粗角度匹配加细角度匹配加点匹配方法，精确地对存在缩放、旋转和平移变换的太阳图像进行配准，解决了传统的配准方法在配准太阳图像过程中配准精度不精确的问题。本专利技术一种用于存在旋转、缩放和平移变换关系的太阳高分辨率图像和全日面像的配准方法是这样实现的：首先，分别对需要进行配准的高分辨率图像和全日面像做预处理，读取两幅图像的基础数据，根据初始预估值对基础数据进行处理；接着，将全日面像分块，采用互相关法搜索高分辨率像在全日面像中的位置；其次，采用最大块方向角法，选取目标中最大黑子，进行二值化后计算方向角，得到全日面像和高分辨率图像的方向角之差作为粗转角度；然后，根据得到的粗转角度，对全日面像从进行过初期旋转后的像的基础上进行粗转操作；接着，采用互相关法重新搜索高分辨率像在全日面像中的位置；然后，采用Fourier-Mellin法，转换到对数-极空间测量精细旋转量；接着，根据测量得到的精细旋转量，对全日面像从进行粗转的像的基础上进行细转操作；接着，采用互相关法搜索高分辨率像在全日面像中的位置。最后，采用互相关法计算模板图像和搜索窗口之间的互相关值，得到匹配点，用匹配点产生转换矩阵，得到旋转角和比例尺；接着，根据计算得到的精细旋转量，累计旋转角，对全日面像从进行细转的像的基础上进行旋转操作；然后，搜索高分辨率像在全日面像中的位置。最终，叠加全日面像和高分辨率太阳图像，将全日面像固定，旋转高分辨率太阳图像。最终得到经过配准之后的图像。所述用于太阳高分辨率图像中图像配准的方法的具体步骤如下：步骤1：预估初始数据：对需要进行配准的太阳高分辨率图像和全日面像进行预处理，根据对太阳高分辨率图像和全日面像估计，得到高分辨率图像预估的旋转角度、象元比例尺、近似坐标，同时，读取全日面像的基础数据，包括日心坐标和象元比例尺；步骤2：根据预估的旋转角度对全日面像做初始旋转并计算旋转后的坐标值，旋转完成后扣除临边昏暗；同时，对太阳高分辨率图像扣除图像边界，根据两幅图像的象元比例尺比例，将高分辨率图像缩小到与全日面像相同的比例尺；步骤3：初始匹配：将全日面像进行分块，采用互相关法搜索太阳高分辨率像在全日面像中的位置，得到对应的全日面像子块和高分辨率小像；步骤4：计算最大块方向角：对全日面像子块和高分辨率小像进行二值化，二值化后采用最大块方向角法，计算两幅图像最大块黑子椭圆区域长轴和短轴的夹角并计算夹角的差值，此角度即为粗转角度；步骤5：粗角度匹配：对全日面像在初始旋转的基础上根据粗转角度进行粗转，采用互相关法搜索太阳高分辨率小像在全日面像子图中的位置，扣取高分辨率小像的对应SDO子块；步骤6：测量精细旋转量：采用Fourier-Mellin方法，将全日面像转换至对数-极空间测量精细旋转量，得到精细旋转量，累计粗转和精细旋转量，此角度即为细转角度；步骤7：细角度匹配：对全日面像在粗转的基础上根据细转角度进行细转，采用互相关法搜索太阳高分辨率小像在全日面像子图中的位置，扣取高分辨率小像的对应SDO子块；步骤8：计算互相关值：对高分辨率像进行高斯滤波，调整高分辨率像的清晰度至全日面像水平，然后计算高分辨率小像和全日面像子块的互相关值，得到对应的匹配点；步骤9：计算旋转角和比例尺：通过匹配点产生转换矩阵，从转换矩阵计算得到旋转角和比例尺，累计旋转角；步骤10：点匹配：对全日面像在细转的基础上根据累计旋转角进行旋转，采用互相关法搜索太阳高分辨率像在全日面像图中的位置，扣取高分辨率小像的对应SDO子块，进行中值均衡；步骤11：旋转、叠加配准图像：叠加高分辨率小像至全日面像上，固定全日面像，旋转高分辨率像，调整象元对应位置，最终得到经过配准后的图像。本专利技术的有益效果是：采用结合互相关法和Fourier-Mellin方法的太阳高分辨率像的图像配准方法对太阳高分辨率像和全日面像进行配准，较为精确地对两幅太阳图像进行了配准，解决了传统的图像配准方法在进行太阳图像配准时不够精确的问题。附图说明图1是本专利技术太阳高分辨率图像中高分辨率像和全日面像的图像配准方法的总体流程图；图2是本专利技术中采用SDO卫星上HMI观测设备于2013年7月15日采集到的全日面像；图3是本专利技术中采用SDO卫星上HMI观测设备于2013年7月15日采集到的太阳局部高分辨率图像；图4是本专利技术中经过初始匹配后得到的一组图像；图5是本专利技术中对图4经计算最大块方向角后进行粗转的一组图像；图6是本专利技术中对图5经Fourier-Mellin方法计算精细旋转量进行细转的一组图像；图7是本专利技术中对图6经互相关法计算高分辨率像和全日面像子块匹配的测量结果图；图8是本专利技术中对图7运动矢量测量结果图；图9是本专利技术中对图7经互相关法计算匹配点进行旋转后的一组图像；图10是本专利技术中对图2和图3经旋转、叠加完成的最终配准结果图。具体实施方式实施例1：如图1-10所示，一种用于太阳高分辨率图像中图像配准的方法，首先，分别对高分辨率图像和全日面像做预处理，根据初始预估数据对图像进行预处理操作，采用分块方法，将全日面像分块，初步匹配高分辨率图像在全日面像中的位置；其次，采用最大块方向角法计算方向角差，得到粗转角度；根本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于太阳高分辨率图像中图像配准的方法，其特征在于：首先，分别对高分辨率图像和全日面像做预处理，根据初始预估数据对图像进行预处理操作，采用分块方法，将全日面像分块，初步匹配高分辨率图像在全日面像中的位置；其次，采用最大块方向角法计算方向角差，得到粗转角度；根据得到的粗转角度，对全日面像从进行过初始旋转后的图像的基础上进行粗转操作；接着，通过Fourier‑Mellin方法，将全日面像转换到对数‑极空间测量精细旋转量，得到细转角度，根据测量得到的精细旋转量，对全日面像从进行粗转的图像的基础上进行细转操作；然后，采用互相关法计算模板图像和搜索窗口之间的互相关值，得到匹配点，用匹配点产生转换矩阵，得到旋转角和比例尺，累计旋转角，对全日面像从进行细转的图像的基础上进行旋转、叠加操作；最终得到经过配准之后的图像。

【技术特征摘要】
1.一种用于太阳高分辨率图像中图像配准的方法，其特征在于：首先，分别对高分辨率图像和全日面像做预处理，根据初始预估数据对图像进行预处理操作，采用分块方法，将全日面像分块，初步匹配高分辨率图像在全日面像中的位置；其次，采用最大块方向角法计算方向角差，得到粗转角度；根据得到的粗转角度，对全日面像从进行过初始旋转后的图像的基础上进行粗转操作；接着，通过Fourier-Mellin方法，将全日面像转换到对数-极空间测量精细旋转量，得到细转角度，根据测量得到的精细旋转量，对全日面像从进行粗转的图像的基础上进行细转操作；然后，采用互相关法计算模板图像和搜索窗口之间的互相关值，得到匹配点，用匹配点产生转换矩阵，得到旋转角和比例尺，累计旋转角，对全日面像从进行细转的图像的基础上进行旋转、叠加操作；最终得到经过配准之后的图像。2.根据权利要求1所述的用于太阳高分辨率图像中图像配准的方法，其特征在于：所述用于太阳高分辨率图像中图像配准的方法的具体步骤如下：步骤1：预估初始数据：对需要进行配准的太阳高分辨率图像和全日面像进行预处理，根据对太阳高分辨率图像和全日面像估计，得到高分辨率图像预估的旋转角度、象元比例尺、近似坐标，同时，读取全日面像的基础数据，包括日心坐标和象元比例尺；步骤2：根据预估的旋转角度对全日面像做初始旋转并计算旋转后的坐标值，旋转完成后扣除临边昏暗；同时，对太阳高分辨率图像扣除图像边界，根据两幅图像的象元比例尺比例，将高分辨率图像缩小到与全日面像相同的比例尺；步骤3：初始匹配：将全日面像...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴伟，冯涛，季凯帆，杨云飞，冯松，王峰，邓辉，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53