大孔径静态干涉成像光谱仪图像的条纹消除与配准

发布时间：2020-05-10 14:54

【摘要】：大孔径静态干涉成像光谱仪获取的图像是叠加了干涉信息的二维图像,点干涉图的获取需要经过全视场的推扫,平台姿态误差会导致提取的干涉图存在误差,进而影响复原光谱准确性,因此,图像配准是干涉图提取的关键。由于图像受到干涉调制作用,导致传统的图像配准方法在应用于LASIS图像配准时配准精度有限。为了减弱干涉条纹对图像配准的影响,本文提出一种利用条纹模板消除LASIS图像条纹,再结合图像频域配准的方法实现LASIS图像的高精度配准。配准结果表明,本方法很好地消除了干涉条纹对配准精度的影响,配准精度可以达到0.029 4个像素,相对于已开展的LASIS图像配准方法,沿轨方向配准精度提高了45.48%,跨轨方向配准精度提高了52.22%,图像旋转精度提高了39.13%。
【图文】：

干涉图像,光学系统,横向剪切干涉仪

）式中，Ｂ（ｖ）是波数为ｖ的光谱强度；Ｉ（ｘ）是光程差为ｘ的干涉强度，对公式（１）作傅里叶逆变换可得Ｂ（ｖ）＝∫∞－∞Ｉ（ｘ）ｃｏｓ（２πｖｘ）ｄｘ（２）以上两个公式便是理想情况下傅里叶变换光谱学的基本关系式。ＬＡＳＩＳ也是一种傅里叶变换光谱仪，它的光学系统如图１所示，不难发现，ＬＡＳＩＳ实际上是在一个普通照相系统中加入横向剪切干涉仪［１９－２１］实现的，横向剪切干涉仪使像面上得到的不再是目标的直接像，而是目标的“干涉图像”。图１ＬＡＳＩＳ的光学系统Ｆｉｇ．１ＬＡＳＩＳｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍ当物方视场角为ω时，两束相干光束的光程差（ＯＰＤ）可以表示为ＯＰＤ＝ｄ·ｓｉｎω≈ｄ·ｔａｎω＝ｄ·ｘｆ（３）７０７

条纹,图像,互功率谱,模板

能量强度求平均值替代该行每个像素点的值，保证ｈｎ的每一行条纹始终是连续的条纹，避免模板携带了图像的信息，否则用该模板修正其他地物的ＬＡＳＩＳ图像时，会使得被修正的图像携带模板信息。另外，在计算模板的过程中，应实时检测模板中是否有不合理的极大值、极小值和零，一经发现便使用邻近像素点的值代替。最后，由于ＬＡＳＩＳ的图像每个像素点对应不同的地物，所以修正后的图像零光程差的位置附近还是会有极少断断续续的条纹，因此需要对图像零光程差附近局部图像作适当的平滑，消除剩余条纹。图３展示了该算法消除条纹的效果，，图３（ａ）中由于干涉调制的作用，ＬＡＳＩＳ图像有些地方的能量被加强，有些地方被减弱，图像看上去明暗对比较高，图３（ｂ）图像中的条纹信息明显得到了抑制。２．２傅里叶变换互功率谱的配准方法［２２－２３］傅里叶变换互功率谱方法基于傅里叶位移原理，通过计算两图像的互功率谱实现频域配准。用ｍｘ，ｙ（）和ｎｘ，ｙ（）分别表示两幅图像，（ｘ０，ｙ０）表示两幅图之间的位移量，则ｎｘ，ｙ（）＝ｍｘ－ｘ０，ｙ－ｙ０（）（１４）将式（１４）两边作傅里叶变换Ｇｕ，（ｖ）＝Ｆ（ｕ，ｖ）ｅｘｐ－ｉ２πｕｘ０＋ｖｙ０［（）］（１５）则它们的归一化互功率谱可以表示为Ｆｕ，（ｖ）Ｇ＊（ｕ，ｖ）｜Ｆｕ，（ｖ）Ｇ＊ｕ，（ｖ）｜＝ｅｘｐｉ２πｕｘ０＋ｖｙ０［（）］（１６）式中，Ｇ＊表示Ｇ的复共轭函数。图３消除条纹前后ＬＡＳＩＳ图像对比Ｆｉｇ．３Ｉｍａｇｅｃｏｎｔｒａｓｔｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆ

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