專利名稱：一種觀測數(shù)據(jù)處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及天文觀測領(lǐng)域，具體涉及一種觀測數(shù)據(jù)處理方法。
背景技術(shù)：
為了能對觀測到的天文圖像尤其是太陽圖像進(jìn)行分析，需要首先對天文圖 像中的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行運算處理，使完成處理的天文圖像具有較好的空間分辨率， 以保證針對天文圖像進(jìn)行分析所得結(jié)果的準(zhǔn)確性。然而，目前的觀測數(shù)據(jù)處理
方法通常為用電荷藕合器件(CCD)和計算機(jī)組成的系統(tǒng)釆集并直接疊加符 合預(yù)定值數(shù)量的天'文圖像，得到觀測數(shù)據(jù)。這種觀測數(shù)據(jù)處理方法的缺點是顯 而易見的由于大氣湍流的影響，釆集到的大量天文圖像之間會存在錯位，而 疊加運算會因這種錯位使完成處理的天文圖像模糊不清，從而降低了觀測數(shù)據(jù) 的空間分辨率。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種觀測數(shù)據(jù)處理方法，以提高觀 測數(shù)據(jù)的空間分辨率。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的 一種觀測數(shù)據(jù)處理方法，該方法包括
每次接收到目標(biāo)圖像后，根據(jù)基準(zhǔn)圖像特征區(qū)域與該目標(biāo)圖像特征區(qū)域進(jìn) 行相關(guān)運算，根據(jù)相關(guān)運算結(jié)果確定該目標(biāo)圖像與基準(zhǔn)圖像之間的位置偏移量， 根據(jù)該位置偏移量對該目標(biāo)圖像與基準(zhǔn)圖像進(jìn)行移位疊加處理；針對依次接收 到的各個目標(biāo)圖像，以累加的方式對處理各個目標(biāo)圖像所得的移位疊加結(jié)果進(jìn) 行更新。
接收所述目標(biāo)圖像的方法為
釆集來自電荷藕合器件CCD的目標(biāo)圖像。
所述基準(zhǔn)圖像的確定方法為
判斷接收到的圖像是否是第一張，如果是，確定收到的圖像是基準(zhǔn)圖像；
否則，確定收到的圖像是目標(biāo)圖像。
所述相關(guān)運算的方法為
分別對基準(zhǔn)圖像和目標(biāo)圖像的特征區(qū)域進(jìn)行快速傅立葉變換FFT,并對基 準(zhǔn)圖像特征區(qū)域的FFT結(jié)果與目標(biāo)圖像特征區(qū)域的FFT結(jié)果進(jìn)行相關(guān)運算。 確定所述位置偏移量的方法為
對所述相關(guān)運算的結(jié)果進(jìn)行快速傅立葉逆變換IFFT,找出IFFT結(jié)果中的 最大值，將找出的最大值所處的坐標(biāo)值作為目標(biāo)圖像與基準(zhǔn)圖像之間的位置偏 移量。
進(jìn)一步判斷完成處理的目標(biāo)圖像數(shù)量是否達(dá)到預(yù)定值，并在達(dá)到預(yù)定值時 將最終得到的移位疊加結(jié)果作為待分析圖像數(shù)據(jù)保存。 所述待分析圖像數(shù)據(jù)的保存形式為fits數(shù)據(jù)。 所述特征區(qū)域是天文活動明顯、象素灰度變化明顯的圖像區(qū)域。 所述圖像是天文圖像。 所述天文圖像是太陽圖像。
可見，本發(fā)明所提供的觀測數(shù)據(jù)處理方法，能夠?qū)鶞?zhǔn)圖像特征區(qū)域與該 目標(biāo)圖像特征區(qū)域進(jìn)行相關(guān)運算，并且根據(jù)相關(guān)運算結(jié)果確定該目標(biāo)圖像與基 準(zhǔn)圖像之間的位置偏移量，還可根據(jù)該位置偏移量對該目標(biāo)圖像與基準(zhǔn)圖像進(jìn) 行移位疊加處理；從而有利于以較小的特征區(qū)域獲得較高的相關(guān)運算精度，并 能夠有效消除兩幅圖像之間的位置交錯，最終更好的保持兩幅圖像中的細(xì)節(jié)， 提高觀測數(shù)據(jù)的空間分辨率。


圖1為本發(fā)明一實施例的觀測數(shù)據(jù)處理流程圖2a為應(yīng)用現(xiàn)有觀測數(shù)據(jù)處理方法所得結(jié)果的灰度分布統(tǒng)計直方圖2b為應(yīng)用本發(fā)明觀測數(shù)據(jù)處理方法所得結(jié)果的灰度分布統(tǒng)計直方圖； 圖3a為應(yīng)用現(xiàn)有觀測數(shù)據(jù)處理方法所得結(jié)果的灰度分布曲線圖； 圖3b為應(yīng)用本發(fā)明觀測數(shù)據(jù)處理方法所得結(jié)果的灰度分布曲線圖； 圖4為分別應(yīng)用現(xiàn)有及本發(fā)明觀測數(shù)據(jù)處理方法所得結(jié)果的傅立葉分析曲 線對比圖5為本發(fā)明的觀測數(shù)據(jù)處理流程簡圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明技術(shù)詳細(xì)描述。
本發(fā)明所提供的觀測數(shù)據(jù)處理方法包括每次接收到目標(biāo)圖像后，根據(jù)基 準(zhǔn)圖像特征區(qū)域與該目標(biāo)圖像特征區(qū)域進(jìn)行相關(guān)運算，根據(jù)相關(guān)運算結(jié)果確定 該目標(biāo)圖像與基準(zhǔn)圖像之間的位置偏移量，根據(jù)該位置偏移量對該目標(biāo)圖像與 基準(zhǔn)圖像進(jìn)行移位疊加處理；針對依次接收到的各個目標(biāo)圖像，以累加的方式 對處理各個目標(biāo)圖像所得的移位疊加結(jié)果進(jìn)行更新。
參見圖1,圖1為本發(fā)明一實施例的觀測數(shù)據(jù)處理流程圖，該流程包括以 下步驟
步驟101:釆集來自CCD的圖像。
步驟102:在采集的整幅圖像中選取特征區(qū)域，該特征區(qū)域通常是天文活 動明顯、象素灰度變化明顯的圖像區(qū)域。具體而言，可以應(yīng)用鼠標(biāo)/鍵盤以拖動、 選中等方式選定要進(jìn)行相關(guān)運算的窗口，并將選定的所述窗口所包含的圖像區(qū) 域作為特征區(qū)域。
步驟103:判斷所選取的特征區(qū)域是否出自釆集到的第一幅圖像？如果是, 進(jìn)入步驟104;否則，直接進(jìn)入步驟105。
步驟104:將所選取的特征區(qū)域確認(rèn)為基準(zhǔn)圖像的特征區(qū)域，對該特征區(qū) 域中的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅立葉變換(FFT),并保存FFT所得結(jié)果。由步驟 103和步驟104可知，確定基準(zhǔn)圖像的方法實際上就是判斷收到的圖像是否是 第一張，如果是，就確定該圖像為基準(zhǔn)圖像；否則，就確定該圖像為目標(biāo)圖像'
步驟105:將所選取的特征區(qū)域確認(rèn)為目標(biāo)圖像的特征區(qū)域，對該特征區(qū) 域中的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT，并保存FFT所得結(jié)果。
步驟106:對得到的基準(zhǔn)圖像特征區(qū)域的FFT結(jié)果與目標(biāo)圖像特征區(qū)域的 FFT結(jié)果進(jìn)行相關(guān)運算。具體而言，假設(shè)g"，W， ^"力是兩幅要進(jìn)行相關(guān)運算 的圖像(即能量有限的二維離散函數(shù))，圖像的大小分別是」x^、 Cx"，兩 者的相關(guān)函數(shù)的定義如下
<formula>formula see original document page 7</formula>
公式(l)中附<formula>formula see original document page 7</formula>。
從上面的相關(guān)函數(shù)的定義式中可以證明
<formula>formula see original document page 7</formula>
(2) 在公式(2)中"("，v)是一,力的傅里葉變換形式，是g"力的傅里葉
變換的共軛。由相關(guān)函數(shù)在頻域運算的形式推知，可以通過快速傅里葉變換算 法實現(xiàn)相關(guān)運算，在此處只需要對G"W取共軛，得到G"x，力，然后與/Z("，"進(jìn)
行點乘，即可獲得相關(guān)函數(shù)的傅里葉變換^"，v)。在A("，"的逆變換矩陣(相關(guān) 矩陣)中的最大值所在的位置即是兩幅圖像相關(guān)性最強(qiáng)的位置。
步驟107:對步驟106中得到的相關(guān)運算結(jié)果進(jìn)行快速傅立葉逆變換 (IFFT),找出IFFT結(jié)果中的最大值。
步驟108:正如步驟106中所提及的那樣，在^("，v)的逆變換矩陣(相關(guān)矩 陣)中的最大值所在的位置即是兩幅圖像相關(guān)性最強(qiáng)的位置，由此可以將找出 的所述最大值所處的坐標(biāo)值作為目標(biāo)圖像與基準(zhǔn)圖像之間的位置偏移量，并根 據(jù)該位置偏移量對目標(biāo)圖像與基準(zhǔn)圖像進(jìn)行移位疊加處理。
步驟109:針對于當(dāng)前所處理的目標(biāo)圖像而言，之前可能因為處理過另外 一張目標(biāo)圖像而保存有相應(yīng)的移位疊加結(jié)果，也可能因為尚未處理過目標(biāo)圖像
而沒有保存過移位疊加結(jié)果(可認(rèn)為移位疊加結(jié)果是0);無論之前所保存的移
位疊加結(jié)果是否為0，都要用當(dāng)前所得到的移位疊加結(jié)果加上之前所保存的移
位疊加結(jié)果，并將相加所得的移位疊加結(jié)果作為更新后的值保存起來。
后續(xù)如果繼續(xù)處理下一張目標(biāo)圖像，仍然要將處理該目標(biāo)圖像所得的移位 疊加結(jié)果與當(dāng)前保存的移位疊加結(jié)果相加，并將相加所得的移位疊加結(jié)果作為 更新后的值保存起來。通常，可以將這種持續(xù)相加的方式稱為以累加的方式更 新移位疊加結(jié)果。
步驟110:判斷完成處理的目標(biāo)圖像數(shù)量是否達(dá)到預(yù)定值，如果達(dá)到，進(jìn) 入步驟lll;否則，返回步驟101,繼續(xù)對下一張目標(biāo)圖像進(jìn)行處理。
步驟111:將最終完成累加所得的移位疊加結(jié)果作為待分析圖像數(shù)據(jù)，并 將該圖像數(shù)據(jù)以fits數(shù)據(jù)的形式保存起來，供后續(xù)分析時使用。
之所以進(jìn)行上述的特征區(qū)域選取操作是因為由于局部圖像的最大相關(guān)位 置已經(jīng)能夠很好地反映出整幅圖像的抖動錯位，因此為了減少進(jìn)行相關(guān)運算所 消耗的時間，可以通過選取特征區(qū)域的方式減小相關(guān)運算所涉及的圖像尺寸。 當(dāng)然，所選取的特征區(qū)域應(yīng)該具有較好的移位特征，例如有單個小黑子的區(qū) 域。這種情況下，圖像的抖動錯位會明顯反映到黑子的位置上，有利于以較小 的特征區(qū)域獲得較高的相關(guān)運算精度，進(jìn)而提高觀測數(shù)據(jù)的空間分辨率。
之所以進(jìn)行上述的移位疊加操作是因為由于圖像僅在垂直望遠(yuǎn)鏡簡的平 面上有微小的線性平移，因此，對目標(biāo)圖像從相關(guān)的最大位置開始進(jìn)行線性移 位必然可以實現(xiàn)其與基準(zhǔn)圖像的跟蹤對齊。對移位對齊后的兩幅圖像進(jìn)行疊加 能夠有效消除兩幅圖像之間的位置交錯，從而可以更好的保持兩幅圖像中的細(xì) 節(jié)，以提高觀測數(shù)據(jù)的空間分辨率。
為了更直觀地體現(xiàn)出本發(fā)明觀測數(shù)據(jù)處理方法的優(yōu)越性，可以將圖2a與圖 2b進(jìn)行對比，還可以將圖3a與圖3b進(jìn)行對比。
參見圖2a與圖2b，其中，圖2a為應(yīng)用現(xiàn)有觀測數(shù)據(jù)處理方法所得結(jié)果的 灰度分布統(tǒng)計直方圖，圖2b為應(yīng)用本發(fā)明觀測數(shù)據(jù)處理方法所得結(jié)果的灰度分 布統(tǒng)計直方圖。從統(tǒng)計圖上可以看出，應(yīng)用現(xiàn)有技術(shù)所得到的觀測數(shù)據(jù)由于錯
位疊加的平均作用，使得數(shù)值500以上的象素量相對較少；而應(yīng)用本發(fā)明技術(shù) 所得到的圖2b中則保留了大量的高數(shù)值象素。由于象素值越高圖像特征越清
晰，所以應(yīng)用本發(fā)明技術(shù)所得到的觀測數(shù)據(jù)具有更高的空間分辨率。
參見圖3a與圖3b,其中，圖3a為應(yīng)用現(xiàn)有觀測數(shù)據(jù)處理方法所得結(jié)果的 灰度分布曲線，圖3b為應(yīng)用本發(fā)明觀測數(shù)據(jù)處理方法所得結(jié)果的灰度分布曲 線。由圖3a與圖3b的對比可以發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用本發(fā)明技術(shù)所取得的觀測數(shù)據(jù)的分 布范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于應(yīng)用現(xiàn)有技術(shù)所取得的觀測數(shù)據(jù)的分布范圍，這體現(xiàn)出了相對 較低的象素平均化程度，使得圖像特征更加清晰，所以應(yīng)用本發(fā)明技術(shù)所得到 的觀測數(shù)據(jù)具有更高的空間分辨率。
參見圖4,圖4為分別應(yīng)用現(xiàn)有及本發(fā)明觀測數(shù)據(jù)處理方法所得結(jié)果的傅 立葉分析曲線對比圖。由圖4可見，在30 ~ 120象素頻率范圍內(nèi)(即大約0.7 ~ 2.8角秒空間分辨率范圍內(nèi))，應(yīng)用本發(fā)明技術(shù)所得到的觀測數(shù)據(jù)的傅立葉分析 結(jié)果(X曲線)遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于應(yīng)用現(xiàn)有技術(shù)所得到的觀測數(shù)據(jù)的傅立葉分析結(jié)果(Y 曲線)；由于上述對比是通過象素的頻率幅度體現(xiàn)出來的，因此能夠更加直接地 證明應(yīng)用本發(fā)明技術(shù)所得到的觀測數(shù)據(jù)具有更高的空間分辨率。
綜上所述，可以將本發(fā)明的關(guān)鍵流程以圖5的形式表示。參見圖5，圖5 為本發(fā)明的觀觀'j數(shù)據(jù)處理流程簡圖，該流程包括以下步驟
步驟501:接收一張目標(biāo)圖像。
步驟502:根據(jù)基準(zhǔn)圖像特征區(qū)域與目標(biāo)圖像特征區(qū)域進(jìn)行相關(guān)運算。 步驟503:根據(jù)相關(guān)運算結(jié)果確定目標(biāo)圖像與基準(zhǔn)圖像之間的位置偏移量，
根據(jù)該位置偏移量對目標(biāo)圖像與基準(zhǔn)圖像進(jìn)行移位疊加處理。
步驟504:以累加的方式更新移位疊加結(jié)果，并返回步驟501。當(dāng)然，在完
成處理的目標(biāo)圖像數(shù)量達(dá)到預(yù)定值時，可以將最終完成累加所得的移位疊加結(jié)
果作為待分析圖像數(shù)據(jù)，并將該圖像數(shù)據(jù)以fits數(shù)據(jù)的形式保存起來，供后續(xù)
分析時使用。
由以上所述可見，本發(fā)明所提供的觀測數(shù)據(jù)處理方法，能夠有效提高觀測 數(shù)據(jù)的空間分辨率，有利于后續(xù)對觀測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確分析。
權(quán)利要求
1、一種觀測數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，該方法包括:每次接收到目標(biāo)圖像后，根據(jù)基準(zhǔn)圖像特征區(qū)域與該目標(biāo)圖像特征區(qū)域進(jìn)行相關(guān)運算，根據(jù)相關(guān)運算結(jié)果確定該目標(biāo)圖像與基準(zhǔn)圖像之間的位置偏移量，根據(jù)該位置偏移量對該目標(biāo)圖像與基準(zhǔn)圖像進(jìn)行移位疊加處理；針對依次接收到的各個目標(biāo)圖像，以累加的方式對處理各個目標(biāo)圖像所得的移位疊加結(jié)果進(jìn)行更新。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，接收所述目標(biāo)圖像的方法為 釆集來自電荷藕合器件CCD的目標(biāo)圖像。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基準(zhǔn)圖像的確定方法為 判斷接收到的圖像是否是第一張，如果是，確定收到的圖像是基準(zhǔn)圖像；否則，確定收到的圖像是目標(biāo)圖像。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述相關(guān)運算的方法為 分別對基準(zhǔn)圖像和目標(biāo)圖像的特征區(qū)域進(jìn)行快速傅立葉變換FFT,并對基準(zhǔn)圖像特征區(qū)域的FFT結(jié)果與目標(biāo)圖像特征區(qū)域的FFT結(jié)果進(jìn)行相關(guān)運算。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，確定所述位置偏移量的方法為對所述相關(guān)運算的結(jié)果進(jìn)行快速傅立葉逆變換IFFT，找出IFFT結(jié)果中的 最大值，將找出的最大值所處的坐標(biāo)值作為目標(biāo)圖像與基準(zhǔn)圖像之間的位置偏 移量。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步判斷完成 處理的目標(biāo)圖像數(shù)量是否達(dá)到預(yù)定值，并在達(dá)到預(yù)定值時將最終得到的移位疊 加結(jié)果作為待分析圖像數(shù)據(jù)保存。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述待分析圖像數(shù)據(jù)的保存 形式為fits數(shù)據(jù)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述特征區(qū)域是天文活動明 顯、象素灰度變化明顯的圖像區(qū)域。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述圖像是天文圖像。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述天文圖像是太陽圖像。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種觀測數(shù)據(jù)處理方法，該方法包括每次接收到目標(biāo)圖像后，根據(jù)基準(zhǔn)圖像特征區(qū)域與該目標(biāo)圖像特征區(qū)域進(jìn)行相關(guān)運算，根據(jù)相關(guān)運算結(jié)果確定該目標(biāo)圖像與基準(zhǔn)圖像之間的位置偏移量，根據(jù)該位置偏移量對該目標(biāo)圖像與基準(zhǔn)圖像進(jìn)行移位疊加處理；針對依次接收到的各個目標(biāo)圖像，以累加的方式對處理各個目標(biāo)圖像所得的移位疊加結(jié)果進(jìn)行更新。本發(fā)明所提供的觀測數(shù)據(jù)處理方法，能夠有效提高觀測數(shù)據(jù)的空間分辨率和處理效率，有利于后續(xù)對觀測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、快速分析。
文檔編號G06T5/00GK101377848SQ20071012087
公開日2009年3月4日 申請日期2007年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月28日
發(fā)明者林佳本, 胡柯良, 艾國祥, 鄧元勇 申請人:中國科學(xué)院國家天文臺