專利名稱：一種消除ccd天文圖像中宇宙射線的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種CXD天文圖像，特別涉及一種消除CXD天文圖像中宇宙射線的方法。
背景技術(shù)：
CCD(Charge-Coupled Device,電荷f禹合元件)天文圖像在采集過程中會受到各種噪聲的影響，其中大能量的宇宙射線噪聲嚴重影響到CCD天文圖像的質(zhì)量。宇宙射線指的是來自于宇宙中的一種具有相當大能量的帶電粒子流，主要由質(zhì)子、氦核、鐵核等裸原子核組成，由于宇宙射線的分布沒有規(guī)律，是隨機分布的，有可能位于待測星的星象中，導致星象的位置和光亮度出現(xiàn)偏差，導致無法清晰正確的識別宇宙中的星體，因此有效的識別和消除宇宙射線噪聲對于CCD天文圖像的提取來說非常重要。早期最簡單的消除宇宙射線的方法為多圖像處理算法，指的是多次獲取同一區(qū)域的圖像，因為一般情況下一個像素點或者一個區(qū)域的像素點只會在有限次內(nèi)(一般都在3次以下)被宇宙射線影響，所以可以通過對同一區(qū)域獲取多張圖像，將那些好的圖像的像素點代替被宇宙線污染的像素點。但是，在有些情況下獲取同一目標的多幅圖像時不可能的，甚至隨著時間推移，拍攝環(huán)境的變化會對天光和目標光譜的位置和強度造成影響。因此，許多研究人員提出了一種基于單幅圖像消除宇宙射線的方法，例如VanDokkum提出了一種基于Laplacian (拉普拉斯)邊緣檢測的宇宙射線去除算法,該算法是通過二階偏微分的Laplacian算子檢測星象的邊緣以及宇宙射線射線陡峭的邊緣，通過星象對稱性的規(guī)律獨立出宇宙射線，在無需對周圍環(huán)境進行對比的情況下有效地探測并去除宇宙射線噪聲。但僅僅利用該算法是不夠的，因為簡單的Laplacian算子會檢測出不連續(xù)的邊緣；當檢測出宇宙射線只是通過簡單的中值濾波代替，會對原圖像造成一定的信息缺失，星象的有用信息會遭到衰減。隨著成像技術(shù)的發(fā)展進步，獲取的CCD天文圖像的分辨率也越來越高，所以對于消除宇宙射線的算法要求也越來越高，對于其批量處理大型CCD天文圖像來說，單CPU的串行實現(xiàn)效率相對來說也比較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種消除CCD天文圖像中宇宙射線的方法，該方法大幅度地提高了宇宙射線的識別率，有效地去除了 CCD天文圖像中的宇宙射線，提高了圖像處理的質(zhì)量。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)一種消除C⑶天文圖像中宇宙射線的方法，包括以下步驟(I)由原始圖像I進行子采樣得到子采樣圖像；(2)將傳統(tǒng)的3X3矩陣模型的Laplacian算子改進為5X5矩陣模型的Laplacian算子，將子采樣圖像進行放大后與改進后的Laplacian算子進行卷積運算，將卷積運算后得到的Laplacian圖像進行去負值處理，然后恢復到原始圖像I的大小，得到與原始圖像I的分辨率大小相同的Laplacian圖像L'；(3)識別Laplacian圖像L'中的宇宙射線,包括以下步驟(3-1)先識別宇宙射線和大亮星體的星象構(gòu)造關(guān)聯(lián)于原始圖像I的噪聲模型N，設定第一閾值σ lim ；(3-2MfLaplacian圖像U的值與圖像的像素點對應位置的噪聲值作比值，得到像素點的信噪比S，S反映了 Laplacian圖像U中每個像素含有噪聲量的一個比值；(3-3)對各像素點的信噪比S做中值濾波處理得到信噪比S,，判斷像素點的信噪比S'的值是否大于第一閾值；若信噪比S'大于第一閾值，則該像素點為候選的宇宙射線.
-^4 ，(3-4)根據(jù)星象的對稱性進一步識別宇宙射線和點光源星體的星象構(gòu)造關(guān)聯(lián)于原始圖像I的精細結(jié)構(gòu)模型F，設定第二閾值flim ；(3-5)將Laplacian圖像L'的值與精細結(jié)構(gòu)模型F作比值，得到比值T ;(3-6)判斷T值是否大于第二閾值；若T值大于第二閾值flim，則該像素點為候選的宇宙射線；(3-7)將信噪比S'值大于第一閾值且T值大于第二閾值的像素點判定為宇宙射線.(4)將在步驟(3)中識別出來的宇宙射線通過中值濾波消除，得到圖像Lv，設定第三閾值，判斷已識別出來的宇宙射線像素數(shù)量與原始圖像I總像素數(shù)量的比值相對于第三閾值X的大小若已經(jīng)識別出來的宇宙射線像素數(shù)量與原始圖像I總像素數(shù)量的比值小于或等于第三閾值X，則步驟(I)中的原始圖像I為Lv，重復迭代執(zhí)行步驟(I) - (4)，若已經(jīng)識別出來的宇宙射線像素數(shù)量與原始圖像I總像素數(shù)量的比值大于第三閾值X，則執(zhí)行步驟(5)；(5)利用分數(shù)階微分的Tiansi算子歸整后得到的Tiansi'算子與步驟(5)中的圖像Lv進行卷積運算，對Lv圖像進行邊緣增強處理，得到最終的圖像。優(yōu)選的，所述步驟(I)原始圖像I是通過CPU對其采集到的圖像進行分割得到的，CPU將分割得到的多個原始圖像I傳送給CUDA中的GPU，由GPU對各分割得到的原始圖像I進行所述步驟(I)到步驟(5)的并行處理；將經(jīng)過所述步驟(5)處理得到的最終圖像再由GPU傳送給CPU，由CPU對各接收到的最終圖像進行拼接得到完整的圖像。優(yōu)選的，所述步驟(2)中子采樣圖像Γ經(jīng)過fz放大后的圖像產(chǎn)為Ifz = fzr ；I,為步驟(I)中原始圖像I子采樣后得到的子采樣圖像，fz為子采樣因子；改進后的Laplacian算子的5x5矩陣模型為
,0 X O X O、
XK1KXψ/= O 17 1 O ;
1A 1A 1 1A 1A
I0 X0X 0,
所述步驟(2)中子采樣圖像進行放大后與改進后的Laplacian算子進行卷積運算得到的Laplacian圖像Lfz為
權(quán)利要求
1.一種消除CCD天文圖像中宇宙射線的方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)由原始圖像I進行子采樣得到子采樣圖像； (2)將傳統(tǒng)的3X3矩陣模型的Laplacian算子改進為5X5矩陣模型的Laplacian算子，將子采樣圖像進行放大后與改進后的Laplacian算子進行卷積運算，將卷積運算后得到的Laplacian圖像進行去負值處理，然后恢復到原始圖像I的大小，得到與原始圖像I的分辨率大小相同的Laplacian圖像L'； (3)識別Laplacian圖像L'中的宇宙射線,包括以下步驟 (3-1)先識別宇宙射線和大亮星體的星象構(gòu)造關(guān)聯(lián)于原始圖像I的噪聲模型N，設定第一閾值σ lim ； (3-2)將Laplacian圖像U的值與圖像的像素點對應位置的噪聲值作比值，得到像素點的信噪比S，S反映了 Laplacian圖像Li中每個像素含有噪聲量的一個比值； (3-3)對各像素點的信噪比S做中值濾波處理得到信噪比S'，判斷像素點的信噪比S'的值是否大于第一閾值；若信噪比S'大于第一閾值，則該像素點為候選的宇宙射線；(3-4)根據(jù)星象的對稱性進一步識別宇宙射線和點光源星體的星象構(gòu)造關(guān)聯(lián)于原始圖像I的精細結(jié)構(gòu)模型F，設定第二閾值flim ； (3-5)將Laplacian圖像Li的值與精細結(jié)構(gòu)模型F作比值，得到比值T ; (3-6)判斷T值是否大于第二閾值；若T值大于第二閾值flim，則該像素點為候選的宇宙射線； (3-7)將信噪比S'值大于第一閾值且T值大于第二閾值的像素點判定為宇宙射線； (4)將在步驟(3)中識別出來的宇宙射線通過中值濾波消除，得到圖像Lv，設定第三閾值，判斷已識別出來的宇宙射線像素數(shù)量與原始圖像I總像素數(shù)量的比值相對于第三閾值X的大小 若已經(jīng)識別出來的宇宙射線像素數(shù)量與原始圖像I總像素數(shù)量的比值小于或等于第三閾值X，則步驟(I)中的原始圖像I為Lv，重復迭代執(zhí)行步驟(I) - (4)， 若已經(jīng)識別出來的宇宙射線像素數(shù)量與原始圖像I總像素數(shù)量的比值大于第三閾值X，則執(zhí)行步驟(5)； (5)利用分數(shù)階微分的Tiansi算子歸整后得到的Tiansi'算子與步驟(5)中的圖像Lv進行卷積運算，對Lv圖像進行邊緣增強處理，得到最終的圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的消除CCD天文圖像中宇宙射線的方法，其特征在于，所述步驟(1)原始圖像I是通過CPU對其采集到的圖像進行分割得到的，CPU將分割得到的多個原始圖像I傳送給CUDA中的GPU，由GPU對各分割得到的原始圖像I進行所述步驟(I)到步驟(5)的并行處理；將經(jīng)過所述步驟(5)處理得到的最終圖像再由GPU傳送給CPU，由CPU對各接收到的最終圖像進行拼接得到完整的圖像。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的消除CCD天文圖像中宇宙射線的方法，其特征在于，所述步驟(2)中子采樣圖像Γ經(jīng)過fz放大后的圖像產(chǎn)為ifz = fzr ； Γ為步驟(I)中原始圖像I子采樣后得到的子采樣圖像，fz為子采樣因子； 改進后的Laplacian算子的5x5矩陣模型為
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的消除CCD天文圖像中宇宙射線的方法，其特征在于，所述放大倍數(shù)fz=2，圖像Ifz、Laplacian圖像Lfz以及Laplacian圖像Lfz'的分辨率大小均為2mX 2n ； 得到分辨率大小為mxn的Lplacian圖像L'的像素點L' 表達式為
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的消除CCD天文圖像中宇宙射線的方法，其特征在于，所述步驟(3)中的關(guān)聯(lián)于原始圖像I噪聲模型N為
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的消除CCD天文圖像中宇宙射線的方法，其特征在于，所示噪聲模型N中的增益因子g為7，讀入電子噪聲oj 5。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的消除CCD天文圖像中宇宙射線的方法，其特征在于，所述步驟(3)中的關(guān)聯(lián)于原始圖像I的精細結(jié)構(gòu)模型F為F=(M3*I)-[(M3*I)*M7]； 其中M3與M7分別為3X3的中值濾波模板和7X7的中值濾波模板，原始圖像I與M3進行中值濾波操作M3*I，得到原始圖像中的中、低頻信息，與M7進行中值濾波操作(M3*I) *M7后得到圖像中的低頻信息； 所述步驟(3)中的Laplacian圖像Li的值與精細結(jié)構(gòu)模型F作比值得到的T值為
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的消除CCD天文圖像中宇宙射線的方法，其特征在于，所述步驟(3)中的第一閾值Olim為O. 5，第二閾值flim為1.5 ;所述步驟(4)中的第三閾值X為O. 1%。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的消除CCD天文圖像中宇宙射線的方法，其特征在于，所述步驟(5)中的分數(shù)階微分的Tiansi算子歸整后得到Tiansi'算子與消除宇宙射線后的圖像Lv進行卷積運算得到的增強后的圖像Lt為L1=Tiansi' *LV； 其中Tiansi算子的表達式為Tiansi=8-8e+8X (e2_e)/2=8_12e+4e2=4 (e_2) (e_l)； e代表分數(shù)階的階次，其取值范圍為(0，1);所述Tiansi'算子為Tiansi算子的每一項均除以4 (e-2) (e~l)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的消除CCD天文圖像中宇宙射線的方法，其特征在于，所述分數(shù)階的階次e的大小根據(jù)圖像增強需要的大小做調(diào)整。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種消除CCD天文圖像中宇宙射線的方法，包括以下步驟(1)由原始圖像I進行子采樣得到子采樣圖像，對Laplacian算子進行改進，將子采樣圖像進行放大后與改進后的Laplacian算子進行卷積運算，然后進行去負值處理和恢復原始大小得到Laplacian圖像L′；(3)識別Laplacian圖像L′中的宇宙射線；(4)去除Laplacian圖像L′中的宇宙射線；(5)利用分數(shù)階微分的歸整后的Tiansi算子對去除了宇宙射線的圖像進行圖像邊緣增強處理。本發(fā)明方法大幅度地提高了宇宙射線的識別率，使星體中受到宇宙射線影響的部位能夠最大程度的保留下來，提高了圖像的處理質(zhì)量。
文檔編號G06T7/00GK102881003SQ201210316870
公開日2013年1月16日 申請日期2012年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月30日
發(fā)明者孟小華, 張慶豐, 彭青玉, 區(qū)業(yè)祥 申請人:暨南大學