一種成像光譜儀的數(shù)據(jù)處理方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種時(shí)空聯(lián)合調(diào)制干涉成像光譜儀的數(shù)據(jù)處理方法，包括以下幾個(gè)步驟：步驟一：通過時(shí)空聯(lián)合調(diào)制干涉成像光譜儀，獲取包括感興趣目標(biāo)點(diǎn)的一系列圖像序列；步驟二：通過圖像配準(zhǔn)獲取感興趣目標(biāo)點(diǎn)Q在連續(xù)推掃的干涉圖像的位置；步驟三：獲取感興趣目標(biāo)點(diǎn)對應(yīng)某一光程差的干涉強(qiáng)度；步驟四：獲取感興趣目標(biāo)點(diǎn)由不同光程差的干涉強(qiáng)度組成的干涉圖；步驟五：將感興趣目標(biāo)點(diǎn)的干涉圖通過非均勻傅里葉變換復(fù)原得到該感興趣目標(biāo)點(diǎn)的光譜。本發(fā)明的方法適用于機(jī)載時(shí)空聯(lián)合調(diào)制干涉成像光譜儀，有效的克服了目前機(jī)載穩(wěn)定平臺難達(dá)到時(shí)空聯(lián)合調(diào)制干涉成像光譜儀對平臺穩(wěn)定性要求的難點(diǎn)，使時(shí)空聯(lián)合調(diào)制干涉成像光譜儀能有效的應(yīng)用于機(jī)載平臺。
【專利說明】一種成像光譜儀的數(shù)據(jù)處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及圖像處理技術(shù)和信號處理技術(shù)，屬于遙感圖像數(shù)據(jù)處理【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種成像光譜儀的數(shù)據(jù)處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]時(shí)空聯(lián)合調(diào)制干涉成像光譜儀作為一種新型成像光譜儀，具有光譜分辨率高、信噪比高、高通量和高穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)。時(shí)空聯(lián)合調(diào)制干涉成像光譜儀利用推掃方式掃描目標(biāo)景物，在不同時(shí)刻目標(biāo)成像在探測器不同位置，從而獲得目標(biāo)點(diǎn)的完整點(diǎn)干涉圖，再由點(diǎn)干涉圖通過傅里葉變換復(fù)原產(chǎn)生該目標(biāo)的光譜。由于時(shí)空聯(lián)合調(diào)制干涉成像光譜儀通過對目標(biāo)進(jìn)行推掃過程以獲取目標(biāo)的完整干涉圖，在推掃過程中搭載平臺的姿態(tài)一旦發(fā)生變化，如側(cè)滾、俯仰、偏航等，就會造成傳統(tǒng)方法提取的干涉圖失真，復(fù)原出的光譜就無法反映景物目標(biāo)的真實(shí)屬性。為了實(shí)現(xiàn)高精度的光譜復(fù)原，需對目標(biāo)位置進(jìn)行校正后進(jìn)行光譜復(fù)原。
[0003]對于星載時(shí)空聯(lián)合成像光譜儀的數(shù)據(jù)處理方法主要包括基于相位相關(guān)與歸一化積相關(guān)的圖像配準(zhǔn)校正算法。根據(jù)傅里葉變換的旋轉(zhuǎn)平移特性，通過計(jì)算圖像間的相位相關(guān)函數(shù)，利用FFT實(shí)現(xiàn)圖像序列旋轉(zhuǎn)失真的高精度校正，采用基于歸一化積相關(guān)的方法實(shí)現(xiàn)圖像平移失真的校正，最后進(jìn)行點(diǎn)干涉圖非均勻采樣、傅里葉變換復(fù)原光譜。該方法不適用于姿態(tài)變化較為劇烈的機(jī)載成像光譜儀圖像的校正，會出現(xiàn)地物目標(biāo)點(diǎn)提取不準(zhǔn)確而無法準(zhǔn)確復(fù)原地物譜信息。
[0004]文獻(xiàn)[I]:Yann Ferrec and et al.，“Experimental results from an airbornestatic Fourier transform imaging spectrometer,，，Applied Optics, 50 (30), 2011.利用相位相關(guān)和特征匹配的方法進(jìn)行圖像配準(zhǔn)確定目標(biāo)位置，對干涉圖在空間域插值成等間隔干涉圖，直接進(jìn)行傅里葉變換復(fù)原得到目標(biāo)的光譜圖像。但是特征匹配配準(zhǔn)方法只能利用干涉條紋不劇烈的區(qū)域。
[0005]文獻(xiàn)[2]:L.Su, Y.Yuan, and et al., “Spectrum Reconstruction Methodfor Airborne TemporalIy-SpatialIy Modulated Fourier Transform ImagingSpectrometers, ^IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2013,利用 POS測量的數(shù)據(jù)對目標(biāo)在連續(xù)推掃圖像的位置進(jìn)行追蹤，進(jìn)而進(jìn)行目標(biāo)干涉圖提取和復(fù)原。但是，需要與POS系統(tǒng)組合安裝提供相關(guān)數(shù)據(jù)，存在安裝誤差且需要糾正，要求POS與成像光譜儀在數(shù)據(jù)獲取時(shí)同步進(jìn)行，增加了系統(tǒng)應(yīng)用難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，提出一種適用于時(shí)空聯(lián)合調(diào)制干涉成像光譜儀的基于目標(biāo)位置追蹤的干涉圖提取和光譜復(fù)原方法。
[0007]—種時(shí)空聯(lián)合調(diào)制干涉成像光譜儀的數(shù)據(jù)處理方法，包括以下幾個(gè)步驟:
[0008]步驟一:通過時(shí)空聯(lián)合調(diào)制干涉成像光譜儀，獲取包括感興趣目標(biāo)點(diǎn)的圖像；
[0009]步驟二:通過圖像配準(zhǔn)，獲取感興趣目標(biāo)點(diǎn)A在連續(xù)推掃的干涉圖像的位置；[0010]步驟三:獲取感興趣目標(biāo)點(diǎn)對應(yīng)某一光程差的干涉強(qiáng)度；
[0011]步驟四:獲取感興趣目標(biāo)點(diǎn)由不同光程差的干涉強(qiáng)度組成的干涉圖；
[0012]步驟五:將感興趣目標(biāo)點(diǎn)的干涉圖通過非均勻傅里葉變換復(fù)原得到該感興趣目標(biāo)點(diǎn)的光譜。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0014](I)本發(fā)明基于圖像間位移關(guān)系進(jìn)行配準(zhǔn)，無需引入POS系統(tǒng)測量儀器姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行輔助，減少了系統(tǒng)的復(fù)雜度；
[0015](2)本發(fā)明所提出的方法適用于機(jī)載時(shí)空聯(lián)合調(diào)制干涉成像光譜儀，有效的克服了目前機(jī)載穩(wěn)定平臺難達(dá)到時(shí)空聯(lián)合調(diào)制干涉成像光譜儀對平臺穩(wěn)定性要求的難點(diǎn)，使時(shí)空聯(lián)合調(diào)制干涉成像光譜儀能有效的應(yīng)用于機(jī)載平臺；
[0016](3)本發(fā)明采用的圖像配準(zhǔn)方法能夠準(zhǔn)確估計(jì)圖像之間的位移關(guān)系，并達(dá)到亞像素級；基于傅里葉頻域的算法比基于特征匹配的算法更能有效的抑制干涉條紋和噪聲對配準(zhǔn)效果的影響；配準(zhǔn)中的校正方法能篩選出傳統(tǒng)配準(zhǔn)方法中產(chǎn)生的奇異配準(zhǔn)值并校正。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的方法流程示意圖。
[0018]圖2為配準(zhǔn)步驟的具體流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0020]本發(fā)明是一種時(shí)空聯(lián)合調(diào)制干涉成像光譜儀的數(shù)據(jù)處理方法，流程如圖1所示，包括以下幾個(gè)步驟:
[0021]步驟一:通過時(shí)空聯(lián)合調(diào)制干涉成像光譜儀，獲取包括感興趣目標(biāo)點(diǎn)的一系列圖像序列。
[0022]時(shí)空聯(lián)合調(diào)制干涉成像光譜儀是在普通的照相系統(tǒng)中加入干涉儀實(shí)現(xiàn)的，所以，本發(fā)明采用的時(shí)空聯(lián)合調(diào)制干涉成像光譜儀獲取的圖像不再是目標(biāo)場景的直接像，而是已疊加了目標(biāo)干涉強(qiáng)度信息的干涉圖像，圖像沿推掃方向變化比較尖銳。
[0023]根據(jù)香農(nóng)采樣定理確定采集圖像的數(shù)量M，M表示采集圖像的數(shù)量。對于感興趣目標(biāo)點(diǎn)，每一幅圖像對應(yīng)一個(gè)特定的光程差，M幅圖像對應(yīng)M個(gè)不同的光程差；
[0024]要復(fù)原出目標(biāo)點(diǎn)的光譜曲線，需要得到目標(biāo)點(diǎn)對應(yīng)不同光程差的足夠多的干涉數(shù)據(jù)。所需采樣點(diǎn)數(shù)可根據(jù)香農(nóng)采樣定理確定。因而需要從序列圖像中足夠多幅圖像提取感興趣目標(biāo)點(diǎn)的灰度值，得到感興趣目標(biāo)點(diǎn)對應(yīng)不同光程差的一系列干涉強(qiáng)度數(shù)據(jù)。
[0025]步驟二:通過圖像配準(zhǔn)獲取感興趣目標(biāo)點(diǎn)Q在連續(xù)推掃的干涉圖像的位置。
[0026]將通過時(shí)空聯(lián)合調(diào)制干涉成像光譜儀獲取的干涉圖像序列分為N個(gè)圖像子序列，每個(gè)子序列中有Kn幅圖像，每個(gè)子序列中的第一幀圖像設(shè)置為參考圖像，其余圖像設(shè)置為待配準(zhǔn)圖像。
[0027]基于傅里葉變換的方法求取參考圖像和待配準(zhǔn)圖像的相互位移關(guān)系。
[0028]該方法的理論基礎(chǔ)是傅里葉變換的時(shí)移定理，一個(gè)信號在時(shí)域移動(dòng)k個(gè)采樣，那么在頻域中該信號的幅度譜不變，但是相位譜將改變_?k。即如果[0029]x(n)U X{(O)
[0030]則，
[0031 ]x(ne /wAX(co)(I)
[0032]其中:Χ代表空域信號，X代表空域信號X的頻譜，η為空域采樣點(diǎn)，ω為空間角頻率。
[0033]因此，對于圖像配準(zhǔn)來說，給定存在(U，V)平移的兩幅圖像f和g，即
[0034]g (X，y) = f (x-u, y-v)
[0035]可得，
[0036]G(cov, ων) = e^Jiw'+°,yV)F(ax, Oiy)(2)
[0037]其中:F為圖像f的頻譜，G為圖像g的頻譜，(x，y)為空間像素點(diǎn)的坐標(biāo)，(ωχ, Qy)為空間角頻率。
[0038]如圖2所示，具體配準(zhǔn)過程如下所示:
[0039]Α.整數(shù)級像素位移估計(jì):
[0040]將原始圖像序列中第一幀圖像設(shè)為原始參考圖像，步驟2(E)中所得運(yùn)動(dòng)位移估計(jì)值是待配準(zhǔn)圖像相對于原始參考圖像的相對位移。將圖像序列按數(shù)據(jù)獲取順序依次分割為N個(gè)圖像子序列，又設(shè)每個(gè)子序列中的第一幀圖像為該子序列的參考圖像，其他圖像為待配準(zhǔn)圖像，步驟Α，B, C中所得結(jié)果均為子序列內(nèi)待配準(zhǔn)圖像相對于該子序列的參考圖像的運(yùn)動(dòng)估計(jì)值。
[0041]對子干涉圖像序列內(nèi)的圖像進(jìn)行運(yùn)動(dòng)位移參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，獲得該子圖像序列內(nèi)任意圖像相對于該子圖像序列的參考圖像的整數(shù)級像素的運(yùn)動(dòng)估計(jì)值。根據(jù)公式2，可得計(jì)算公式3:
【權(quán)利要求】
1.一種成像光譜儀的數(shù)據(jù)處理方法，包括以下幾個(gè)步驟: 步驟一:通過時(shí)空聯(lián)合調(diào)制干涉成像光譜儀，獲取包括感興趣目標(biāo)點(diǎn)的一系列圖像序列； 采集圖像的數(shù)量根據(jù)香農(nóng)采樣定理確定，采集圖像的數(shù)量為M，對于感興趣目標(biāo)點(diǎn)，每一幅圖像對應(yīng)一個(gè)光程差，M幅圖像對應(yīng)M個(gè)不同的光程差； 步驟二:通過圖像配準(zhǔn)獲取感興趣目標(biāo)點(diǎn)Q在連續(xù)推掃的干涉圖像的位置； 將原始圖像序列中第一幀圖像設(shè)為原始參考圖像，將通過時(shí)空聯(lián)合調(diào)制干涉成像光譜儀獲取的干涉圖像序列分為N個(gè)圖像子序列，每個(gè)子序列中有Kn幅圖像，每個(gè)子序列中任意一幀圖像為參考圖像，其余圖像為待配準(zhǔn)圖像； 基于傅里葉變換的方法求取參考圖像和待配準(zhǔn)圖像的相互位移關(guān)系； 給定存在(U，V)平移的兩幅圖像f和g，即 g (X，y) = f (x-u, y-v) 可得，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種成像光譜儀的數(shù)據(jù)處理方法，步驟二中，設(shè)定每個(gè)子序列中第一幀圖像為參考圖像。
【文檔編號】G06T7/00GK103714546SQ201310740920
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
【發(fā)明者】蘇麗娟, 袁艷, 周樹波 申請人:北京航空航天大學(xué)