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专利号: 2021112281843
申请人: 高速铁路建造技术国家工程实验室
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-05-17
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种相位相关抗噪位移估计方法,其特征在于,包括以下步骤:

步骤1:读取发生位移前、后的影像,分别对两幅影像进行二维傅里叶变换得到对应的频谱图;对所述频谱图进行频谱中心化,使频谱图中低频部分分布于频谱图中心区域,高频部分分布于频谱图边缘区域;

步骤2:对经所述步骤1处理后的两幅频谱图分别进行加窗,再对加窗后的两幅频谱图进行相位干涉,得到干涉相位图;采用汉宁窗对每幅所述频谱图进行加窗,所述汉宁窗的计算公式为:其中,Whn(i,j)表示频谱图第i行第j列位置处的汉宁窗函数值,(i,j)分别表示影像中某像素点的行列号,rows表示影像中像素点的总行数,cols表示影像中像素点的总列数;步骤3:计算所述干涉相位图中每个元素对应的相位标准偏差,并由所有相位标准偏差生成相位标准偏差图;计算相位标准偏差的具体实现过程为:步骤3.1:定义滑动窗口大小w*w,其中w表示边长且为奇数;

步骤3.2:对所述干涉相位图中每个元素求取相位,得到对应的相位矩阵M;

步骤3.3:构造与所述相位矩阵M维度一致的相位标准偏差矩阵P,对所述相位标准偏差矩阵P中的所有元素进行初始化;

步骤3.4:对于所述相位矩阵M中的每个元素,以该元素为中心,取w*w滑动窗口大小区域内的所有元素构成一个新矩阵M',按照以下公式计算对应位置的相位标准偏差:其中, 表示对应位置的相位标准偏差,对应位置是指滑动窗口的中心位置, 表示新矩阵M'中第i行第j列元素对应的相位的梯度, 表示新矩阵M'中第i行第j列元素对应的相位;

步骤4:以所述相位标准偏差图的中心元素作为种子点,设置种子生长阈值,进行种子生长,得到所述干涉相位图中干涉条纹清晰区域;

步骤5:获取所述干涉条纹清晰区域的最小外接矩阵,对所述最小外接矩阵所包含的区域进行裁剪,得到相应区域块;

步骤6:采用SVD分解对所述区域块进行秩1估计,提取SVD分解后最大特征值对应的左奇异向量和右奇异向量,并分别计算所述左奇异向量和右奇异向量的相位;

步骤7:对所述左奇异向量和右奇异向量的相位分别进行相位解缠,对左奇异向量和右奇异向量相位解缠后的相位分别进行第一次定权,对第一次定权后的相位及其对应的位置序号进行直线拟合,得到第一次拟合直线;

根据所述第一次拟合直线的残差,对左奇异向量和右奇异向量相位解缠后的相位进行第二次定权,对第二次定权后的相位及其对应的位置序号进行直线拟合,得到第二次拟合直线;

采用高斯函数进行第一次定权,所述高斯函数的计算公式为:

其中,s表示左奇异向量或右奇异向量中的元素数量,由左奇异向量的相位或右奇异向量的相位进行相位解缠后的所有相位构成左奇异向量或右奇异向量的解缠相位向量,i表示解缠相位向量中的第i个位置,i=0,1,2,…,s‑1,G(i)表示第一次定权时解缠相位向量中第i个位置对应的权值;

采用残差进行第二次定权,残差计算公式为:

其中: 表示左奇异向量或右奇异向量中第i个相位解缠后的相位, 表示将i代入第一次拟合直线的直线方程中所求得的值,由左奇异向量的相位或右奇异向量的相位进行相位解缠后的所有相位构成左奇异向量或右奇异向量的解缠相位向量,i表示解缠相位向量中的第i个位置,i=0,1,2,…,s‑1,表示对应残差;

步骤8:根据左奇异向量和右奇异向量对应的第二次拟合直线的斜率,再结合所述影像的长和宽,计算发生位移后影像相对于发生位移前影像在x方向和y方向的平移量。

2.如权利要求1所述的相位相关抗噪位移估计方法,其特征在于,所述步骤2中,干涉相位图的计算公式为:其中,Q(u,v)表示干涉相位图,F1(u,v)表示发生位移前影像经二维傅里叶变换后对应的频谱图,F2(u,v)表示发生位移后影像经二维傅里叶变换后对应的频谱图, 表示取F2(u,v)的共轭,x0表示发生位移后影像相对于发生位移前影像在x方向的位移,y0表示发生位移后影像相对于发生位移前影像在y方向的位移,u表示像素坐标系的横坐标,v表示像素坐标系的纵坐标。

3.如权利要求1所述的相位相关抗噪位移估计方法,其特征在于,所述步骤4中,种子生长的具体实施过程为:步骤4.1:提取出所述种子点的八领域内像素点,计算八领域内每个像素点位置对应的值与该种子点位置对应的值之间的距离;

步骤4.2:判断八领域内每个像素点对应的所述距离是否小于所述种子生长阈值,如果是,则将该像素点归入到种子点集合中;

步骤4.3:以所述种子点集合内的每个像素点作为新的种子点,重复步骤4.1~4.2,直到没有新的像素点归入到种子点集合中为止,所述种子点集合内所有像素点所构成的区域即为所述干涉条纹清晰区域。

4.如权利要求3所述的相位相关抗噪位移估计方法,其特征在于,所述种子生长阈值为所述相位标准偏差图的方差的一半,所述相位标准偏差图是一个矩阵,相位标准偏差图的方差是指对矩阵中所有元素计算方差。

5.如权利要求1所述的相位相关抗噪位移估计方法,其特征在于,所述步骤6中,采用SVD分解对所述区域块进行秩1估计的具体公式为:其中,A表示区域块,即待SVD分解的矩阵, 表示SVD分解得到的

奇异矩阵,u1表示第一特征向量对应的左奇异向量,v1表示第一特征向量对应的右奇异向量,σ1>…>σk>…,σk均接近0,σ1、σk为相应的SVD分解后奇异值,k=2,3,…。

6.如权利要求1所述的相位相关抗噪位移估计方法,其特征在于,所述步骤7中,相位解缠为一维相位解缠,具体计算公式为:其中, 表示左奇异向量或右奇异向量中第i个相位解缠后的相位, 表示左奇异向量或右奇异向量的第一个相位,mod{}表示取余运算, 表示左奇异向量或右奇异向量中第i个待解缠相位的下一个相位, 表示左奇异向量或右奇异向量中第i个待解缠相位,s表示左奇异向量或右奇异向量中元素数量。

7.如权利要求1~6中任一项所述的相位相关抗噪位移估计方法,其特征在于,所述步骤8中,发生位移后影像相对于发生位移前影像在x方向和y方向的平移量的计算公式分别为:其中,x0表示发生位移后影像相对于发生位移前影像在x方向的平移量,y0表示发生位移后影像相对于发生位移前影像在y方向的平移量,rows表示影像中像素点的总行数,cols表示影像中像素点的总列数,ku表示右奇异向量对应的第二次拟合直线的斜率,kv表示左奇异向量对应的第二次拟合直线的斜率。

8.一种相位相关抗噪位移估计设备,包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其特征在于:所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1~

7中任一项所述相位相关抗噪位移估计方法。

9.一种存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于:该程序被处理器执行时实现如权利要求1~7中任一项所述相位相关抗噪位移估计方法。