在迭代重建光学传递函数（OTF）测量法中，采集了多幅图像并进行更新计算，因而其具有抗噪声鲁棒性强和抗混叠等优点。然而，在图像采集过程中，不可避免的振动会引起多幅图像之间存在微小的相对平移，进而导致迭代计算次数增加和调制传递函数（MTF）测量结果准确性下降。该测量方法采集到的图像为随机排布的多个点扩散函数（PSF），多幅图像之间无法应用相位相关法来计算相对平移。鉴于此，提出了一种基于相位传递函数（PTF）的多幅图像相对平移校准方法。将每一幅图像单次计算的PTF分别减去第一幅图像单次计算的PTF，根据该差值校准多幅图像之间的相对平移。数值仿真和实验研究结果表明，所提方法的计算精度与图像相对平移的大小无关，至多能够将迭代次数减少80%，并将MTF测量的均方误差降低1~2个数量级。

为了提取指关节纹图像的纹理特征并进一步提高其识别精度, 提出一种基于改进Gabor小波和Tetrolet的指关节纹识别方法。首先, 利用某点邻域像素的融合幅值特征代表该点的Gabor幅值特征, 增强每个像素点之间的局部关联性; 其次, 将滤波后的指关节纹特征图像经过具有高稀疏性的Tetrolet变换以获取图像的最优稀疏表示; 最后, 利用带限相位相关(Band-Limited Phase-Only Correlation, BLPOC)算法提取指关节纹图像的互功率谱进行匹配。在PolyU-FK、PolyU-CFK、IITD图库得到的识别准确率分别为99.1300%, 98.8324%, 98.7937%, 最低等误率为1.4601%, 最短识别时间为0043 2 s。本文方法能够提高识别系统的性能, 具有可行性和有效性。

针对传统尺度不变特征变换 (SIFT) 算法在图像拼接过程中计算量较大的问题, 提出了一种基于相位相关和纹理分类的快速 SIFT 拼接算法。首先, 使用相位相关法粗略地获取待拼接图像的重叠区域; 其次, 对图像进行纹理分类, 并选取其中纹理复杂度较高区域进行 SIFT 检测, 为了提升纹理分类阶段的速度, 提出了跳跃归类的方法; 最后, 对于不同复杂度的纹理区域, 仅在相同纹理区域内进行特征点的匹配。实验结果表明, 所提出改进算法在维持较好拼接质量的基础上, 与传统 SIFT 算法以及已有的两种改进 型 SIFT 算法相比, 平均拼接速度分别提升了 68.46%、20.45%、41.83%。因此该算法在对拼接效率有较高要求的领域具有潜在的应用价值。

为了解决多目偏振相机在获取图像中需要进行准确配准的问题, 本文提出了一种基于子图像的相位相关算法。算法首先对图像进行噪声减弱与细节增强, 并进行粗配准。之后在将图像分割为多个子图, 对每个对应区域的子图进行配准, 并剔除配准误差较大的子图, 以减少它们对于最终配准结果的不良影响。最后根据这些子图的配准参数来计算单应性矩阵, 完成最终的配准。实验结果表明, 对于3种不同场景的图像, 相比于传统方法, 本文方法的配准结果归一化互信息值均有所提高, 至多提高0.067%且图像细节更清晰。与传统算法相比, 本文算法对于低清晰度、大噪声的图像具有更好的配准效果。

轻小型、 低成本无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)机载光谱成像仪的快速发展为水质监测、 精准农业提供了新的手段。 ZK-VNIR-FPG480机载高光谱成像仪是国产仪器, 拥有自主产权, 影像共有270个波段, 光谱范围为400～1 000 nm, 光谱分辨率为3 nm, 空间分辨率为0.9 m@1 km, 成像方式为运动推扫成像, 该成像仪的特点是影像之间不存在航向重叠, 只存在旁向重叠。 它在提供高光谱、 高空间分辨率影像的同时也存在着一系列问题: ①无人机的狭窄视场限制了每条航带的地面覆盖范围, 需要进行航带拼接; ②其自带的POS系统定位精度低; ③为提高作业效率, 航带间的重叠率较低, 一般设置在30%左右, 为影像拼接增加了困难; ④因飞行时受风力、 光照以及仪器自身等影响使得每条航带间存在亮度差异, 拼接时会出现拼接缝现象。 针对上述问题提出一种基于曲面样条函数和相位相关的无人机高光谱影像拼接方法, 旨在将无人机拍摄的单条高光谱航带拼接成一幅完整的带有地理坐标的全景图, 并实现影像几何和光谱上的匹配。 该方法包括以下几个步骤: 首先, 以正射影像为基准采用曲面样条函数法对高光谱航带进行地理配准, 赋予每条航带真实的地理坐标; 然后采用局部方差法计算各波段信噪比, 取分值最高的波段作为最优波段; 再利用该最优波段采用基于2幂子图像的相位相关算法来纠正航带间已经存在的地理空间映射关系, 消除航带间存在的错位; 最后选用加权平均融合法对相邻航带进行融合, 消除航带拼接时因光照、 仪器自身等影响所产生的拼接线问题, 最终得到带有绝对地理坐标的高光谱全景图。 实验使用ZK-VNIR-FPG480机载高光谱成像仪获取大理某地区的高光谱数据进行拼接, 结果表明, 该拼接方法得到的全景图拼接处没有错位现象, 几何位置准确。 选取4种典型地物拼接前后的光谱曲线, 其曲线走向基本一致, 计算拼接影像与拼接前左右影像的光谱角余弦均值为0.965 2, 光谱相关系数均值为0.863 2, 光谱信息散度均值为0.424 0, 欧式距离均值为0.494 1, 四种光谱曲线相似性测度指标客观上显示了曲线的高度相似性, 表明拼接前后同名点的光谱匹配度高, 适用于无人机高光谱数据的拼接。 该方法不仅提高了拼接影像的地理坐标精度, 还在消除拼接缝的基础上最大限度的保证了光谱的保真性, 并通过引入2幂子图像解决了影像在重叠度低的情况下配准算法失效的问题。 但拼接前相邻航带同名点间存在光谱差异, 且高光谱数据量大, 拼接耗时多, 如何利用重叠区域的像素修正系统误差, 统一拼接图像的度量空间以提升光谱精度和稳定性并提高拼接速度仍是今后需要解决的问题。

颤振是卫星平台在轨运行的固有现象之一,也是高分辨率对地观测卫星研究的难点和热点。针对资源三号02星在轨运行过程中的平台颤振情况,提出了一种基于能量对称分布的相位相关配准算法。结合多光谱相机各谱段相机之间的安装关系,考虑到平台的线性平滑运动特性,采用二次函数消除系统变化量,得到线性拟合的平台颤振曲线,最后利用星敏陀螺数据联合滤波得到卫星姿态复合验证曲线。实验结果表明:在模拟数据情况下,所提配准算法的配准精度能够达到0.05 pixel,可有效辅助探测卫星平台的颤振,并首次探测到资源三号02星平台存在0.63~0.65 Hz的颤振,振幅为0.41″~1.12″。

稳像系统能够保证对地观测视频小卫星“凝视”观测时获得稳定的视频序列。不稳定视频序列的像移精确检测是稳像系统能够正常工作的前提。本文研究了一种改进的相位相关算法提取亚像元像移的方法用于视频卫星稳像系统中的像移检测。传统的相位相关算法只能得到垂直和水平方向上的整像元像移, 通常视频序列图像之间的变换关系存在一定的旋转角度。本文在传统的相位相关算法中加入旋转矢量, 为方便计算将空间域的旋转映射成了频域的平移, 同时在求得的极值点附件利用曲面拟合得到亚像元的精度, 从而保证稳像系统能获得亚像元的稳像精度。实验时, 当图像尺寸为 200×200、固定像移为 8个像元时, 检测误差均值 Mean＝0.0191 pixel, 均方根 RMS＝0.01067。