专利名称：一种高精度亚像元图像的配准方法
技术领域：
本发明涉及图像处理技术，具体指一种高精度亚像元图像的配准方法，它 用于对亚像元图像配准，提高图像的配准精度。
背景技术：
利用亚像元技术进行超分辨率图像重建是提高图像空间分辨率的有效手 段，也是图像处理领域中一个重要分支，最近几年，国内很多学者也在研究亚 像元探测技术，但研究主要集中在算法研究上，大部分研究都是假设一个理想 化的图像获取分系统，然后将理想原始图像通过处理算法而得到最终高分辨率
图像。图1所示是理想亚像元探测过程模型图，首先假设以在X和Y方向分 别位移50%像素获取多幅原始图象，然后将原始图像按照50%像素位移进行像 素点匹配——在理想处理过程中，即使原始图像由于误差的原因不具有50%像 素位移的理想相对空间位移，也会把原始图像假设为50%像素位移——最后利 用超分辨率图像融合算法，如常用的凸集投影(POCS)法进行图像融合处理。 此类研究和实际仪器的研究相关性比较小，有很大的局限性，指导意义有限， 无法解决实际仪器在加工和运行过程中由机械精度问题所带来的原始图像匹 配不准的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种高精度亚像元图像的配准方法，解决由实际仪器 的不可测的机械精度所带来的亚像元探测系统原始图像匹配不准的问题。
本发明公开了一种通过自适应补偿提高亚像元探测系统原始图像匹配精度，最终提高重建图像质量的方法。具体地说，是在理想亚像元探测系统图像 处理程序一一多图像融合——之前，根据亚像元探测系统原始图像的空间特
征就是位移会被控制在50%像素以内，而旋转通常是不存在的，或者是存在 但是可以忽略不计的条件下，为了增加计算准确度和快速性，利用图像灰度最 小二乘为评价函数的图像空间配准程度求解方法计算原始图像匹配不准程度， 并把空间配不准系数传递给亚像元探测系统图像处理程序进行补偿，通过原始 图像的实际相对空间位移代替图像处理过程中的50%像素位移的理想位置，从 而消弭由仪器机械精度带来的图像位移误差问题。
本发明的自适应补偿方法如图2流程框图所示，首先对需配准的图a和图 b各像素的灰度值进行2n倍的立方插值，n取值范围3 5， n取低值图像匹配 精度低，n取高值图像匹配精度高，但会加重计算机计算负荷，降低图像处理 效率；然后采用最小二乘法，求解原始图象实际的相对空间位移，获得图像配 不准系数，计算时以图b相对图a的理想空间位移位置作为起始点，进行上下 左右四个方向的，各n个子像素邻域的位置滑动，每次滑动到一个位置，就计 算出两幅图像的相关性以相同空间位置的像素灰度最小二乘作为评价函数， 算子为在进行nXn次滑动、计算并且比较计算结果后，选取评价函数值最小 的图像空间位置，得到原始图像的实际空间位移；最后利用凸集投影(POCS) 法对图a和图b进行融合处理，处理时以原始图像的实际相对空间位移代替理 论的50%空间位移得到目标图像。
本发明的优点在于
通过增加自适应调节流程，解决了不可测的由精度问题带来的原始图像空 间位移误差，提高了亚像元探测技术对提高仪器空间分辨率的效果。
图l: 50%像素位移的亚像元图像融合处理框图。 图2:自适应补偿亚像元图像融合处理框图。 图3:图像立方插值示意图。 图4:亚像元图像配准示意图。
图5:实际例配准图像，其中图a、图b时需配准的图象，图(:是用50%
像素位移的亚像元图像融合方法处理的图像，图d是采用本发明方法处理后的 图像。
具体实施例方式
下面结合附图3 图5对本发明的自适应补偿提高亚像元探测技术效果的
方法的具体实施方式
作详细说明
如图3所示，在获取图5中的原始图像图a和图b之后，不直接把原始图 像按照50%的空间位移进行配准，而是首先进行6倍的立方插值，因为6倍立 方插值可以计算得到的图象空间配准精度控制在8%以下，而根据我们的分析， 图像配准精度控制在8%像素以下时，对多图像融合的效果影响就比较小了， 所以选择6倍空间插值，是结合了计算效率和计算效果的双重要求所做的选择。
如图4，把原始图像图a和图b做6倍空间插值以后，以图b相对图a的理 想空间位移位置作为起始点，进行上下左右四个方向的，各3个子像素邻域的 位置滑动，每次滑动到一个位置，就计算出两幅图像的相关性以相同空间位 置的像素灰度最小二乘作为评价函数，算子为在进行36次滑动、计算并且比 较计算结果后，选取评价函数值最小的图像空间位置，得到原始图像的实际空 间位移，并传递两个空间位置系数。
如图5，凸集投影(POCS)法根据传递来的图像实际空间位置系数，计算 出原始图像的实际空间位移，在进行图像融合的时候，以原始图像实际空间位移(图a中同一方向条纹在预估计图像上覆盖的实际区域)代替理论值50%像 素位移(图b中同一方向条纹在预估计图像上覆盖的实际区域)把预估计图像 向实际图像进行投影，以便把实际空间相关的像素进行融合，得到更符合实际 景物灰度信息的输出图像，图c是按照没有误差的方法对有实际空间误差的图 像进行计算的结果，图d是加入了图像空间配准的算法，对有实际空间误差的 图像进行计算的结果，发现图d的效果要好于图c。
由于误差的存在，匹配不准的图像进行融合处理，不仅无法提高目标图像 的空间分辨率，还会在图像融合过程中带来图像效果的恶化，而增加了自适应 补偿提高亚像元探测系统图像配准精度，消弭了误差的影响，就会有效的解决 这个问题。
权利要求
1. 一种亚像元图像的配准方法，它采用凸集投影法进行图像融合处理，其特征在于在采用凸集投影法进行图像融合处理前，它还有一个求解原始图象实际的相对空间位移的步骤来获得凸集投影法所需的图像配不准系数。
2. 根据权利要求1所述的一种亚像元图像的配准方法，其特征在于所 说的图像配不准系数按以下步骤求得A. 将需配准的二幅图像的各像素分割成2nX2n个子像素，各子像素的灰 度值采用2n倍的立方插值求得，n取值范围3 5;B. 以上述需配准的二幅图像的理想空间位移位置作为起始点，对二幅图 像中相对应的各子像素的灰度值采用最小二乘法计算求值；C. 将上述需配准的二幅图像从理想空间位移位置开始进行上下左右四个 方向进行l至n个子像素的滑移，每次滑移后，对二幅图像中相对应的各子像 素的灰度值采用最小二乘法计算求值；D. 比较步骤B、 C求得的nXn个计算值，最小者所对应的子像素滑移值就是图像配不准系数的最佳值。
全文摘要
本发明公开了一种高精度亚像元图像的配准方法，它包括在理想亚像元探测系统图像处理程序之前，根据亚像元探测系统原始图像的空间特征，增加利用最小二乘为评价函数的图像空间配准程度求解方法，并把空间配不准系数传递给亚像元探测系统图像处理程序进行提高原始图像空间配准程度的过程。本发明的优点是利用特定算法求解由仪器精度带来的原始图像空间匹配不准的系数，并且通过系数传递，形成自适应补偿，使亚像元探测系统图像处理程序参考原始图像的配不准程度，消弭由精度问题带给亚像元探测效果的降低。使亚像元探测系统更接近工程实用化的程度。
文档编号G06T5/00GK101286232SQ20081003832
公开日2008年10月15日 申请日期2008年5月30日 优先权日2008年5月30日
发明者俞建成, 孙胜利, 勇 罗, 春 许, 陈凡胜, 陈博洋, 陈桂林 申请人:中国科学院上海技术物理研究所