基于相位相关的亚像元目标定位方法研究

摘要

摄影测量是一种基于光学技术的新型计量技术。它涉及电子学，计算机技术，激光技术和图像处理技术，广泛地应用于几何测量，遥感测量和目标轮廓测量。随着对测量精度要求的提高，传统的像素级别的测量方法已经不能满足要求。为了提高图像测量系统的精度，通常的方法就是提高图像传感器和摄像系统的性能。然而，众所周知，光学系统由于数值孔径造成的光线衍射的原因，成像分辨率受到限制。另外CCD传感器像素也不可能无限缩小以提高图像分辨率，基本原因就是它必须接受足够强的光强保证足够大的信噪比。因此，亚像元技术作为一种提高系统性能的软件技术，成为了近期摄影测量研究的一个热门。
　　目标定位是摄影测量中的一个基本问题，如果目标图像已知，则问题主要集中于图像匹配。对于亚像元图像匹配，比较广泛的方法是将目标图像和参考图像互相关来在像素级别定位目标;然后，使用亚像元算法找到目标的精确位置。在本文中，我们提出一种相位相关算法，这种算法常运用在图像亚像元校准。我们比较了图像传统互相关和纯相位相关的性能。结果显示，相位相关方法可以运用于数字图像的亚像元目标定位问题。此外，实验结果显示相位相关方法有它的优越性。相位相关对各种类型的噪声都有很显著的鲁棒性能而且它也可用于处理模糊图像。
　　我们推导了降低采样率后图像的相位相关结果表达式并推广到目标亚像元定位问题。我们利用不同类型图像进行了数值实验，结果表明这种方法能够得到数字图像中目标真实位置的一个比较好的近似。最后我们对算法的误差也进行了分析。

目录

基于相位相关的亚像元目标定位方法研究

SUBPIXEL TARGET LOCATION METHOD BASED ON PHASE CORRELATION

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 摄影测量

1.2 亚像元问题的物理背景

1.3 图像的亚像元定位研究背景

1.3.1 目标识别与定位

1.3.2 几种亚像元定位方法

1.4 相关与相位相关

1.5 本文所要研究的问题

第2章 二维离散数据处理

2.1 数字图像的采样

2.1.1 图像采样的基本概念

2.1.2 图像的数字表示

2.1.3 图像的空间分辨率与亚像元

2.2 数字采样数据处理

2.2.1 采样及其频谱

2.2.2 信号截取和采样孔径

2.2.3 混叠与混叠误差控制

2.2.4 滤波的数字实现方法

2.3 多采样率处理

2.3.1 M倍降采样率工作原理

2.3.2 降采样产生的混叠

2.4 本章小结

第3章 图像相关与纯相位相关运算

3.1 图像中目标位置测量问题

3.2 传统互相关

3.3 纯相位相关方法

3.3.1 基本原理

3.3.2 图像的纯相位相关

3.3.3 图像旋转的影响

3.4 实验模拟

3.4.1 传统相关与相位相关比较

3.4.2 旋转的影响

3.4.3 噪声信号对相位相关的影响

3.4.4 图像畸变对结果的影响

3.5 本章小结

第4章 纯相位相关运算的亚像元分辨能力

4.1 降采样相位相关

4.2 近似求解方法

4.3 误差估计

4.4 实验模拟结果

4.5 本章小结

结论

参考文献

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致谢