一种光谱成像对齐校准处理方法技术

本发明专利技术提供了一种光谱成像对齐校准处理方法，包括以下步骤：读取光谱图像的原始强度图像数据，判断是否需要进行对齐操作，若需要则进入下一步；对原始图像每一个通道的图像做n

【技术实现步骤摘要】
一种光谱成像对齐校准处理方法


[0001]本专利技术属于光谱图像对齐
，尤其涉及一种光谱成像对齐校准处理方法。

技术介绍

[0002]基于法布里珀罗干涉腔的光谱成像系统，采用静电式/压电式的技术实现方式，完成多个波段的二维光谱图像依次拍摄，再组合成三维光谱图像。随着光谱波段数目的增加，拍摄时间随之增加，因此在光谱成像设备或者目标物发生抖动的时候，各个波段的光谱图像会发生偏移，导致三维光谱图像无法对齐。
[0003]传统的光谱图像对齐算法，能有效的解决上述问题，但缺点是速度较慢，由于光谱图像的波段数目较多，可能达到几十个或上百个，因此耗时较长。同时，缺少一种光谱图像对齐决策方法，即判断各个通道的图像是否存在不对齐的现象，先决策图像是否需要进行对齐操作。

技术实现思路

[0004]本专利技术专利提出了一种光谱成像对齐校准处理方法，通过对图像的池化处理，减少图像像素个数，从而降低传统图像对齐算法的计算量，对齐之后再还原为原始图像大小。同时，提出一种光谱图像对齐决策方法，即通过分析稳定拍摄和抖动拍摄两种情况下各个通道之间的相关系数，来作为决策是否需要进行对齐操作的依据。
[0005]本专利技术第一方面提供了一种光谱成像对齐校准处理方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1，读取光谱图像的原始强度图像数据，判断是否需要进行对齐操作，若需要进行对齐操作则进入步骤2；所述原始强度图像数据为一个高
×
宽
×
通道数的三维光谱立方体数据；
[0007]步骤2，对原始图像每一个通道的图像做n
×
n步长为n的池化操作，获取降低尺寸后的图像数据；
[0008]步骤3，选择任意一个通道的图像作为基准图像，在后续步骤中，所有其他通道的图像都要与之对齐；
[0009]步骤4，选择透视变换模型作为估算的运动模型，设置迭代条件，求解出最终变换模型中的参数，从而得到最终透视变换模型；
[0010]步骤5，将步骤4中得到的变换模型应用于基准通道以外的所有其他通道的图像，生成新的对齐之后的图像；
[0011]步骤6，对所有通道的图像做n
×
n还原的反池化操作；；首先还原成图像原来的大小，然后将池化结果中的每个值都填入其对应原始数据区域中相应位置，得到对齐后的光谱图像。
[0012]优选的，所述步骤1中判断是否需要进行对齐操作的具体方法为：
[0013]任选两个通道的图像数据，使用皮尔逊积矩相关系数计算两个通道图像之间的平均相关系数，若系数小于初设的某个阈值，则判断为需要进行对齐操作；两个变量之间的皮
尔逊相关系数定义为两个变量之间的协方差和标准差的商：
[0014][0015]对于光谱图像来说，X为某一通道的图像强度二维矩阵，Y为另一通道的图像强度二维矩阵，E表示期望，μX表示图像X的平均值，μY表示图像Y的平均值,σX和σY分别表示X和Y的标准差。
[0016]优选的，所述步骤2中对原始图像每一个通道的图像做n
×
n的池化操作，具体为对原始图像每一个波段做2
×
2的池化，即在原始图像上以2
×
2窗口的形式以步长为2进行滑动，操作结果取窗口内的平均值或最大值。
[0017]优选的，所述步骤4的具体过程为：首先定义一个终止条件，即设置最大迭代次数为k；然后随机初始化变换模型参数，根据选择的基准通道图像和透视变换模型，计算所有其他通道的图像与基准图像的相似性测度，所述相似性测度采用皮尔逊相关系数，根据相似度确定参数可能变化的范围，在搜索空间中按照相似度最大的优化准则进行迭代搜索；最终随着迭代次数的增加，所有相似度都会接近最大值，并不再发生变化，当循环次数达到设置的最大值k，会结束迭代，从而求解出最终变换模型中的参数。
[0018]优选的，所述在搜索空间中按照相似度最大的优化准则进行迭代搜索，其搜索方法采用网格搜索，作为一种调参手段，在所有候选的参数选择中，通过循环遍历，尝试每一种可能性，相似度最大即表现最好的参数就是最终的结果。
[0019]本专利技术第二方面还提供了一种光谱成像对齐校准处理设备，所述设备包括至少一个处理器和至少一个存储器；所述存储器中存储有计算机执行程序；所述处理器执行所述存储器中存储的执行程序时，可以使处理器执行如第一方面所述的光谱成像对齐校准处理方法。
[0020]本专利技术第三方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行程序，所述计算机执行程序被处理器执行时，可以使处理器执行如第一方面所述的光谱成像对齐校准处理方法。
[0021]本专利技术的有益效果：本专利技术提供的一种光谱成像对齐校准处理方法，解决了现有技术中图像对齐耗时较长的问题，首创性的将图像池化操作运用于光谱图像对齐处理方案中，通过对图像的池化处理，减少图像像素个数，可以有效降低传统图像对齐算法的计算量，将速度提高7～8倍，随着光谱图像波段数目的增加，其相对于现有技术方案减少的耗时会更加明显，同时，结合使用的透视变换模型作为估算的运动模型，提供了一种全新的对齐方法，对齐效果显著提高；本专利技术同时提出了一种全新的光谱图像对齐决策方法，即通过分析稳定拍摄和抖动拍摄两种情况下各个通道之间的相关系数，来作为决策的依据，为是否进行图像的对齐操作提供了一种可靠的依据。
附图说明
[0022]图1为本专利技术光谱成像对齐校准处理方法流程图。
[0023]图2为三维光谱立方体结构示意图。
[0024]图3为叶子多光谱10个波段原始图像之和示意图。
[0025]图4为抖动图像和稳定图像对比示意图。
[0026]图5为原始图像和池化图像对比示意图。
[0027]图6为原始图像和对齐图像分别求和对比示意图。
[0028]图7为原始对齐图像和快速对齐图像的对比示意图。
[0029]图8本专利技术实施例2中对齐设备的结构简易示意图。
具体实施方式
[0030]下面结合具体实施例对专利技术进行进一步说明。
[0031]实施例1：
[0032]在典型的图像对齐问题中，两个图像之间通过运动模型相关联。不同的图像对齐算法旨在使用不同的技巧和假设来估计这些运动模型的参数。知道了这些参数，就可以直接扭曲一张图像以使其与另一张图像对齐。这些运动模型包括：
[0033]平移：可以将第一张图像平移(平移)(x，y)以获得第二张图像。
[0034]欧几里得：第二个图像是第一个图像的旋转和移动。
[0035]仿射：仿射变换是旋转、平移(移位)、缩放和剪切的组合。
[0036]透视变换：将图像投影到一个新的视平面，将一个四边形区域映射到另一个四边形区域，实现了线性变换和平移。
[0037]传统图像对齐算法可以使用透视变换，利用图像之间的相似性度量来估计运动模型的参数，查找两个图像之间的几何变换参数。变换公式如下：
[0038][0039]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光谱成像对齐校准处理方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，读取光谱图像的原始强度图像数据，判断是否需要进行对齐操作，若需要进行对齐操作则进入步骤2；所述原始强度图像数据为一个高
×
宽
×
通道数的三维光谱立方体数据；步骤2，对原始图像每一个通道的图像做n
×
n步长为n的池化操作，获取降低尺寸后的图像数据；步骤3，选择任意一个通道的图像作为基准图像，在后续步骤中，所有其他通道的图像都要与之对齐；步骤4，选择透视变换模型作为估算的运动模型，设置迭代条件，求解出最终变换模型中的参数，从而得到最终透视变换模型；步骤5，将步骤4中得到的变换模型应用于基准通道以外的所有其他通道的图像，生成新的对齐之后的图像；步骤6，对所有通道的图像做n
×
n还原的反池化操作；；首先还原成图像原来的大小，然后将池化结果中的每个值都填入其对应原始数据区域中相应位置，得到对齐后的光谱图像。2.如权利要求1所述的一种光谱成像对齐校准处理方法，其特征在于：所述步骤1中判断是否需要进行对齐操作的具体方法为：任选两个通道的图像数据，使用皮尔逊积矩相关系数计算两个通道图像之间的平均相关系数，若系数小于初设的某个阈值，则判断为需要进行对齐操作；两个变量之间的皮尔逊相关系数定义为两个变量之间的协方差和标准差的商：对于光谱图像来说，X为某一通道的图像强度二维矩阵，Y为另一通道的图像强度二维矩阵，E表示期望，μX表示图像X的平均值，μY表示图像Y的平均值,σX和σY分别表示X和Y的标准差。3.如权利要求1所述的一种光谱成像对齐校准处理方法，其特征在于：所述步骤2中对原始图像每一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：李江漫，方鹏程，冯超，
申请(专利权)人：优尼科青岛微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：