太阳多波段地空图像的配准方法研究

The success launch of the NASA’s Solar Dynamics Observatory SDO achieves real-time observation of the sun from high space and in full-day. Chengjiang’s infrared solar tower NVST in Yunnan, China achieves observations of the sun focusing on high-resolution. The multi-band heterogeous .Solar Observatory image registration technique a very urgent and research direction, which is about how to effectively use two observation points between earth and space, among different sensors, in visual image information of the different image bands, and display results in multiple images. Our project will study the characteristics of the two observation platforms images to achieve automation accurate registration of the sun observation images among different observation points, different sensors at the same time. We will , provide valid data for the latter part of image fusion and scientific research. In this study, we focus on the solar observation images from the (space) SDO and (ground) , NVST. We study stable image feature detection,optimize matching feature points set, besides, we study transformation models between the images to be registered, give the stable detection algorithm in the scale space, illumination, affine invariant local feature; We will also give a secondary technical plan from coarse to fine, build an optimization algorithm of feature points based on random sampling, realize fast and accurate image registration of different sensors solar observation images. Project successfully provide a strong theoretical foundation and methodological support for the joint air-ground observation.

美国宇航局太阳动力学天文台SDO实现了实时对太阳高时空、全日面的观测。我国云南澄江红外太阳塔NVST着重于太阳的高分辨率观测。如何有效利用空地两个观测点、不同传感器、不同波段图像中的视觉信息实现配准是一项十分迫切的工作。本项目立足于多波段“地-空”太阳观测图像配准这一难点，研究不同观测点、不同传感器、同一时刻太阳观测图像的精确配准，提高观测设备使用价值与高质量观测数据产出。针对待配准图像点，提出二次组合变换配准模型方案，实现太阳图像复杂米粒纤维结构的精确配准。首先，通过基于仿射变换的特征点配准对图像进行全局配准，再次通过非刚性变换的二次配准解决局部复杂结构的配准。给出对尺度、亮度、光照、仿射、噪声不变的局部特征检测算法，基于KD树的快速特征点匹配算法，基于B样条的非刚性变换的配准算法。项目的研究成果为地空联合观测太阳图像配准提供有力的理论基础与方法支撑。

美国宇航局太阳动力学天文台SDO实现了实时对太阳高时空、全日面的观测。我国云南澄江红外太阳塔NVST着重于太阳的高分辨率观测。地基和空基太阳观测为天文研究提供了前所未有的高时空、高分辨、多波段的观测数据。如何有效利用空地两个观测点、不同传感器、不同波段图像中的视觉信息实现配准是一项十分迫切的工作。显然，地基和空基所获得的数据，存在分辨率、波段、观测指向等一系列差异。将相同观测时刻的地基与空基太阳观测图像数据实现精确的配准，就可以在全波段上进一步深入分析太阳活动，对比分析同一太阳活动在不同波段上的演化，显著提高地基、空基图像数据的可用性，为天文学家开展研究提供更多的手段，提高科学产出。.本项目立足于多波段“地-空”太阳观测图像配准这一难点，研究不同观测点、不同传感器、同一时刻太阳观测图像的精确配准，提高观测设备使用价值与高质量观测数据产出。经过4年的努力，项目组完成了一套自主知识产权，针对地基高分辨观测图像与空基观测的全日面图像的自动配准方法；系统解决了观测图像的增强预处理，图像的高分辨率重建，特征点检测与特征描述的关键技术；提高图像配准确度与精度的组合模型。研究工作在二次配准方案，基于组合模型配准，低分辨率图像高分辨率增强的冗余残差深度学习网络，低质图像的增强，基于启发优化网络的压缩感知重建算法等方面均取得一系列成果。.总体来看，研究成果不仅可应用于我国的NVST和美国的SDO观测数据的配准处理工作，而且还可以应用到其它地基和空基观测站观测的相关数据。如地基NST与空基HINDOE观测图像的配准。不同传感器图像的配准可以弥补单一传感器成像缺少的视觉信息，叠加多种图像传感器的视觉信息，可获得世界上多个地基与空基的观测图像的配准结果，为实现对观测数据二次加工以获得高质量的科学产出提供可能。同时，研究成果也有助于弥补我国暂时缺少空基观测站，而不能进行的一些研究工作。此外，项目组在领域内天文技术相关著名期刊上发表了相关论文，并申报相关专利。