1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室，上海 201800
2 中国科学院中国工程物理研究院高功率激光物理联合实验室，上海 201800
3 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
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。
测量 光学传递函数 调制传递函数 相位传递函数 相位相关法 光学测量 光学学报
2022, 42(19): 1912002
中国计量大学计量测试工程学院, 浙江 杭州 310018
为了解决数字全息中子孔径相位拼接的效率和精度问题,提出了数字全息中基于多算法融合优化的相位拼接方法来实现相位的双方向拼接。首先,在相位拼接中选用相位相关法确定重叠区域,以限定特征点检测和提取范围,从而提升特征点检测的速率和有效特征点检测的占比;然后,对重叠区域进行Harris角点检测和角点匹配,并根据角点匹配点对来缩小块匹配算法的搜索范围;最后,采用全匹配搜索算法对最佳角点匹配点对进行精确匹配,并通过加权融合实现三维形貌的再现相位拼接。实验结果表明,本文算法能够在保证较高的拼接精度的情况下,极大地提高相位拼接的效率。
1 中国矿业大学（北京）, 北京 100083
2 中国科学院光电研究院, 北京 100094
3 中国科学院大学, 北京 100049
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。
高光谱影像 影像拼接 曲面样条函数法 信噪比 相位相关法 加权平均融合 Hyperspectral image Image mosaicking Dcurved surface spline function Signal to noise ratio Phase correlation technique Weighted average fusion 光谱学与光谱分析
2019, 39(6): 1885
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春130033
在靶场测量中, 为了得到大视场高分辨率的图像, 设计了一套基于DSP的经纬仪实时图像拼接系统, 该系统实时采集两个视场传感器的数字图像, 在DSP内部实现图像的自动拼接, 将拼接后的图像以标准数字格式输出, 供后续系统使用。文章给出了图像拼接系统的硬件组成原理, 该系统的两个图像传感器的帧频为100 Hz, 传统图像拼接算法无法满足实时性的要求, 为此提出了一种基于相位相关法确定相似区域的图像拼接算法, 并进行了实时图像拼接实验, 结果表明, 优化方法的图像拼接速度平均为7 ms, 满足实时性的要求, 实现了图像的无缝拼接, 同时系统稳定可靠, 满足靶场测量的实际要求。
图像拼接 相位相关法 harris算子 image mosaic DSP DSP phase correlation algorithm Harris
1 中国科学院光电技术研究所自适应光学研究室， 四川 成都 610209
2 中国科学院自适应光学重点实验室， 四川 成都 610209
3 中国科学院大学， 北京 100049
研究了光学系统实时精密自动对准中光束光瞳位置动态变化的测量问题。采用相位相关算法处理基准和实测图像得到光瞳平移量数据，其测量相对误差不超过0.4 pixel；针对实际运用中光瞳图像存在的灰度变化、噪声、旋转和缩放等诸影响因素，对算法进行了理论分析和全面的仿真测试。结果表明该算法能克服光强分布不均和强噪声的影响，得到高精度测量结果；对旋转和缩放进行校正后，测量精度在1 pixel左右。提出并测试了将多帧图像叠加后的图像之和作为基准图像的测量方法，使相位相关信噪比提高了88.6%，稳健性显著提高。
测量 光路准直 相位相关法 光瞳平移量 激光与光电子学进展
2013, 50(5): 051204
西安石油大学光电油气测井教育部重点实验室，西安 710065
火炮内膛检测是火炮使用维修过程中的一项重要内容，关系到火炮的射击精度和使用安全性。分析了通过自聚焦透镜阵列所获取的火炮内膛图像的特点，提出了一种基于相位相关法和对数极坐标法相结合的火炮内膛局部图像快速无缝拼接算法。相位相关法可以实现对存在平移的图像进行拼接，而不具有尺度和旋转不变性，对数极坐标法可将图像笛卡尔坐标系下的尺度和旋转变化变换为对数极坐标系的平移运动，利用该组合方法可得出归一化相位相关度的峰值，利用峰值点坐标可求得两幅相邻图像的旋转和缩放参数值，根据此参数进行多方位图像的拼接，然后采用像素最大值法得到内膛全景图像。实验结果表明，该方法可获得无缝、清晰和完整的火炮内膛图像。
自聚焦透镜阵列 火炮内膛图像 相位相关法 对数极坐标法 图像拼接 grin lens array gun bore surface image phase correlation method log polar method image mosaic
