多波段太阳图像高精度配准方法研究及其实测应用
文献类型：学位论文
| 作者 | 王瑞
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| 答辩日期 | 2018-07-01 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 季凯帆 ; 徐稚 |
| 关键词 | 太阳望远镜 多波段观测 高分辨率成像 图像配准 |
| 学位专业 | 天文技术与方法 |
| 其他题名 | Study of the Methods of High Spatial Precision Registration of Solar Multi-wavelength Image and Application |
| 英文摘要 | 多波段观测是实测太阳物理研究的重要手段。诸多太阳活动现象通常在不同辐射波段上呈现出不同的观测表象，具有不同的亮度或空间形态，只有将多个波段的观测图像进行配准才能综合分析活动现象。随着太阳物理研究中对精细信息的需求程度越来越高，对多波段图像之间的配准精度要求也越来越高。 目前，太阳多波段图像配准主要是利用图像相似特征结构进行互相关对齐，而互相关算法获得图像之间的平移差异，却忽略了他们之间的尺度和旋转差异。同时，在提取相似特征的过程中，有时也加入了一定的物理假设，例如假设多波段中观测到的增亮结构在空间上应当是一一对应的，从而使得对齐精度只能有1角秒-2角秒。而由于实测太阳图像的情况复杂，比如图像对比度低、信噪比低、且图像的空间分辨率各不相同，经典的图像配准方法不能直接应用。需要将各种实测手段与相应的图像配准方法相结合实现多波段图像的高精度配准。 本论文工作的主要是针对NVST的多波段高分辨率观测图像开展亚角秒量级高精度配准方法的研究，并在以下几个方面获得重要研究成果：? 基于相同结构的NVST多波段光球像的高精度配准 该部分工作主要针对NVST多波段光球像（即G-band光球像以及TiO光球像）之间的配准。因为都是光球图像，太阳结构相似度较高，且图像空间分辨率比较接近，针对这种情况本文提出了一种基于“区域统计和特征点匹配相结合”的配准方法。首先计算图像局部区域的互相偏移量，然后获取并筛选出图像的匹配控制点，最终实现图像的高精度配准，对齐精度约为0.04 角秒。? 基于偏带递推的色球像与光球像的高精度配 该部分主要针对NVST色球像与光球像之间的配准。太阳结构在色球和光球上的表象差异明显，图像之间没有显著的相似特征，且NVST光球像和色球像具有不同的空间分辨率。然而，NVST色球观测可实现偏带正负0.4 nm 范围内的波长扫描观测，因此本论文提出了借助偏带观测进行图像配准的方案。色球观测采用“密集扫描”的采集模式，利用SIFT算法实现远线翼色球像与光球像的配准并结合偏带扫描像之间的对齐，最终实现线心色球像与光球像之间的高精度配准，图像对齐精度约为0.21角秒。? 基于全日面像过渡的NVST色球像与光球像的配准 该部分主要针对在没有偏带观测辅助时色球像与光球像的配准。这时需要借助其他观测设备所获得的全日面色球以及光球图像，逐步通过“全日面光球与色球的图像配准”、“全日面光球与NVST光球的图像配准”以及“全日面色球与NVST色球的图像配准”等步骤，并利用傅里叶-梅林算法，最终实现NVST的色球与光球图像之间的配准。由于全日面像的空间分辨率远远低于NVST的图像分辨率，因此对齐精度较低，大约为0.87角秒。? 基于针孔光阑视场定标的多波段太阳像高精度配准 与上述三种方法不同，该部分工作不依赖图像之间是否存在相似的太阳结构特征。我们在NVST多波段观测系统的前焦面放置特殊设计的针孔阵列光阑，并在各通道（波段）进行针孔阵列像的采集，人为产生图像中的匹配特征结构。结合各通道图像的严格同步采集模式，利用特征点匹配方法实现多波段图像的高精度配准，对齐精度约达0.031角秒。? NVST单波段时间序列图像的对齐 该部分主要解决单波段时间序列图像的相关对齐问题，主要提出了利用最小二乘法来估算图像序列偏移量的方法，序列对齐精度可以达到0.01像素。在解决边缘色球图像的序列对齐问题时，先利用直方图规定化法进行图像增强，有效提高了单帧互相关精度，从而进一步时间序列对齐精度。 本论文的研究，实现了针对不同图像采用不同方法进行多波段亚角秒量级的高精度图像配准，可同时解决图像之间的旋转、缩放和平移差异，配准精度约为0.03角秒-0.2角秒。同时，采用最小二乘偏移量实现单波段时间序列图像的对齐，提高了序列图像的对齐精度，从而保证各波段序列图像的高精度配准。 |
| 学科主题 | 天文学 ; 太阳与太阳系 ; 太阳与太阳系其他学科 ; 计算机科学技术 ; 计算机应用 ; 计算机图象处理 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 156 |
| 源URL | [http://ir.ynao.ac.cn/handle/114a53/25411]  |
| 专题 | 云南天文台_抚仙湖太阳观测站 |
| 作者单位 | 中国科学院云南天文台 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王瑞. 多波段太阳图像高精度配准方法研究及其实测应用[D]. 北京. 中国科学院大学. 2018. |
入库方式： OAI收割
来源：云南天文台
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