(一)技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種利用圖像處理的方法進(jìn)行巖芯高光譜數(shù)據(jù)幾何畸變校正方法，屬于高光譜數(shù)據(jù)處理方法與應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，適用于高光譜數(shù)據(jù)幾何畸變校正的理論方法和應(yīng)用技術(shù)研究。

(二)

背景技術(shù)：

高光譜成像儀是一種新型的遙感載荷，其光譜具有緊密、連續(xù)的特點(diǎn)，可以同時(shí)記錄被測(cè)同一地物的光譜和空間信息特征，使本來(lái)在寬波段遙感中不可能探測(cè)的物質(zhì)在高光譜遙感中能被探測(cè)到。巖芯是通過鉆井取心獲得的第一手資料，通過對(duì)巖芯的分析，可以確定地層的年代，研究地層的巖性、物性、電性和含油性以及判斷巖性的沉積環(huán)境及斷裂情況。鑒于巖芯數(shù)據(jù)的重要性以及防止由于自然風(fēng)化、人為管理不當(dāng)?shù)仍蛟斐蓭r芯損失，為了更好地對(duì)巖芯數(shù)據(jù)進(jìn)行保存和研究，巖芯成像光譜儀應(yīng)運(yùn)而生。巖芯成像光譜儀在掃描數(shù)據(jù)的過程中，受其工作方式、光學(xué)系統(tǒng)組成、光照條件以及掃描平臺(tái)機(jī)械運(yùn)動(dòng)精度等內(nèi)外因素的影響，原始的巖芯掃描圖像中存在幾何畸變，無(wú)法被用戶直接使用。幾何畸變成為巖芯高光譜數(shù)據(jù)應(yīng)用的主要問題，通過對(duì)幾何畸變進(jìn)行校正可以大大推動(dòng)高光譜數(shù)據(jù)的應(yīng)用，并不斷擴(kuò)展巖芯高光譜數(shù)據(jù)的應(yīng)用深度和廣度。

圖像分割與識(shí)別是數(shù)字圖像處理重要的組成部分。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，圖像分割與識(shí)別逐漸得到重視，各種處理方法層出不窮。本發(fā)明基于儀器特性和成像條件的分析，提出基于幾何定標(biāo)、平滑濾波、閾值化、膨脹和腐蝕、邊緣檢測(cè)以及霍夫直線檢測(cè)等圖像處理方法，實(shí)現(xiàn)圖像的幾何畸變校正。

(三)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提出一種基于三角形定標(biāo)法的巖芯高光譜數(shù)據(jù)幾何畸變校正方法，此方法利用圖像分割和識(shí)別方法可以自動(dòng)識(shí)別畸變區(qū)域，并提取畸變區(qū)域邊緣特征點(diǎn)，以特征點(diǎn)作為控制點(diǎn)，有效地解決了巖芯圖像數(shù)據(jù)中無(wú)固定控制點(diǎn)的問題，為幾何校正提供依據(jù)，進(jìn)行幾何畸變校正。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：針對(duì)巖芯成像光譜儀采集巖芯圖像數(shù)據(jù)中存在拉伸壓縮幾何畸變時(shí)，無(wú)法在不停變換的巖芯數(shù)據(jù)中選取固定的控制點(diǎn)，難以進(jìn)行幾何校正的問題，提出了基于三角形定標(biāo)法的幾何校正方法。該方法利用圖像識(shí)別與分割等圖像處理方法，提取定標(biāo)三角形畸變區(qū)域邊緣特征點(diǎn)作為幾何畸變校正的控制點(diǎn)，達(dá)到幾何校正的目的。

本發(fā)明一種基于三角形定標(biāo)法的巖芯高光譜數(shù)據(jù)幾何畸變校正方法，其步驟如下：

(1)巖芯高光譜數(shù)據(jù)的讀入；

(2)根據(jù)光譜特征，確定提取定標(biāo)三角形的波段；

(3)由平滑線性空間濾波器對(duì)圖像進(jìn)行濾波處理，采用閾值分割方法對(duì)定標(biāo)三角形進(jìn)行粗提??；

(4)由步驟(3)得到的結(jié)果進(jìn)行膨脹和腐蝕處理，消除不規(guī)則的邊界點(diǎn)，得到互不連通的定標(biāo)三角形和干擾區(qū)域；

(5)以定標(biāo)三角形在巖芯數(shù)據(jù)中的面積為閾值，消除干擾區(qū)域，得到定標(biāo)三角形；

(6)由canny邊緣檢測(cè)器對(duì)定標(biāo)三角形進(jìn)行邊緣檢測(cè)，提取定標(biāo)三角形的輪廓信息；

(7)采用霍夫變換尋找定標(biāo)三角形輪廓中的直線，以直線斜率和長(zhǎng)度為閾值，提取發(fā)生畸變的定標(biāo)三角形斜邊線段端點(diǎn)，以此為控制點(diǎn)進(jìn)行幾何畸變校正。

其中，步驟(2)中所述的根據(jù)光譜特征，確定提取定標(biāo)三角形的波段為巖芯數(shù)據(jù)光譜特征差異大、圖像對(duì)比度高的波段。

其中，步驟(3)中所述的“由平滑線性空間濾波器對(duì)圖像進(jìn)行濾波處理，采用閾值分割方法對(duì)定標(biāo)三角形進(jìn)行粗提取”，其閾值分割方法操作如下：

f(x，y)為平滑后的巖芯圖像，g(x，y)為閾值分割后圖像，t為閾值。

其中，其步驟(4)中所述的“由步驟(3)得到的結(jié)果進(jìn)行膨脹和腐蝕處理，消除不規(guī)則的邊界點(diǎn)，得到互不連通的定標(biāo)三角形和干擾區(qū)域”，腐蝕操作為：

a為需進(jìn)行腐蝕處理的集合，a^c是a的補(bǔ)集，是空集，b為腐蝕結(jié)構(gòu)元素，腐蝕選擇不同大小的結(jié)構(gòu)元素，去除集合不同大小的邊界以及有細(xì)小的連通的兩個(gè)集合；膨脹是腐蝕的對(duì)偶運(yùn)算，即對(duì)集合的補(bǔ)集進(jìn)行腐蝕運(yùn)算得到膨脹結(jié)果。

其中，其步驟(5)中所述的“以定標(biāo)三角形在巖芯數(shù)據(jù)中的面積s為閾值，消除干擾區(qū)域，得到定標(biāo)三角形”，巖芯成像光譜儀焦距f和成像高度h已知，定標(biāo)三角形實(shí)際面積大小為s0，依據(jù)成像等比關(guān)系，可以計(jì)算定標(biāo)三角形在巖芯圖像中的面積s為閾值進(jìn)一步提取定標(biāo)三角形：

其中，步驟(6)中所述的“由canny邊緣檢測(cè)器對(duì)定標(biāo)三角形進(jìn)行邊緣檢測(cè)，提取定標(biāo)三角形的輪廓信息”，利用canny算子以面積s為閾值，尋找定標(biāo)三角形的輪廓信息，提取定標(biāo)三角形的輪廓。

其中，步驟(7)中所述的“采用霍夫變換尋找定標(biāo)三角形輪廓中的直線，以直線斜率和長(zhǎng)度為閾值，提取發(fā)生畸變的定標(biāo)三角形斜邊線段端點(diǎn)，以此為控制點(diǎn)進(jìn)行幾何畸變校正”，通過一個(gè)直線的離散極坐標(biāo)公式，可以表達(dá)出直線的離散點(diǎn)集合等式如下：

ρ＝xcosθ+ysinθ

ρ≥0，0≤θ＜π，其中ρ為l相對(duì)于原點(diǎn)的距離，θ為l與x軸的交角，(x，y)為像元坐標(biāo)；直線l上不同點(diǎn)(x，y)在參數(shù)空間中被變換為一簇相交于p點(diǎn)的正弦曲線，若能確定參數(shù)空間中的p點(diǎn)(局部最大值)，即實(shí)現(xiàn)直線檢測(cè)；無(wú)畸變情況時(shí)定標(biāo)三角形的斜邊斜率的絕對(duì)值|α|應(yīng)為1，以此為閾值提取出三角形斜邊直線，再以斜邊長(zhǎng)度l為閾值，提取出小于正常斜邊長(zhǎng)度的直線，位于同一定標(biāo)三角形斜邊上的兩條直線之間的區(qū)域就是幾何畸變區(qū)域，以畸變區(qū)域的邊緣特征點(diǎn)為控制點(diǎn)，進(jìn)行幾何畸變校正。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：克服了傳統(tǒng)遙感圖像幾何畸變校正中需要位置相對(duì)不變，確定的控制點(diǎn)的局限，利用圖像處理的相關(guān)方法自動(dòng)識(shí)別畸變區(qū)域，提取畸變區(qū)域的邊緣特征點(diǎn)作為控制點(diǎn)，有效地解決了巖芯圖像數(shù)據(jù)無(wú)固定控制點(diǎn)的問題，為幾何校正提供依據(jù)。它具有以下的優(yōu)點(diǎn)：(1)通過設(shè)立定標(biāo)三角形解決了巖芯數(shù)據(jù)中無(wú)固定控制點(diǎn)的問題，為巖芯數(shù)據(jù)的幾何畸變校正提供依據(jù)；(2)通過圖像分割和識(shí)別方法，自動(dòng)識(shí)別和提取畸變區(qū)域，減少人為干預(yù)，節(jié)省人力；(3)利用定標(biāo)三角形面積，斜邊長(zhǎng)度和斜率等先驗(yàn)知識(shí)，實(shí)現(xiàn)定標(biāo)三角形畸變區(qū)域邊緣特征點(diǎn)的提取，有效的提高了算法的可靠性。

(四)附圖說明

圖1為模擬巖芯數(shù)據(jù)圖像處理過程，其中：

圖1(a)為模擬巖芯圖像；

圖1(b)為平滑濾波灰度圖；

圖1(c)為二值化圖；

圖1(d)為腐蝕和膨脹結(jié)果圖；

圖1(e)為canny邊緣檢測(cè)結(jié)果圖；

圖1(f)為定標(biāo)三角形輪廓提取結(jié)果圖；

圖1(g)為霍夫變換直線檢測(cè)結(jié)果圖；

圖1(h)為校正結(jié)果圖。

(五)具體實(shí)施方式

為了更好的說明本發(fā)明涉及的一種基于三角形定標(biāo)法的巖芯高光譜數(shù)據(jù)幾何畸變校正方法，利用模擬巖芯數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何畸變校正。本發(fā)明一種基于三角形定標(biāo)法的巖芯高光譜數(shù)據(jù)幾何畸變校正方法，具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

(1)巖芯數(shù)據(jù)的讀入：讀入模擬巖芯數(shù)據(jù)；如圖1(a)所示；

(2)根據(jù)光譜特征，確定提取定標(biāo)三角形的波段：根據(jù)數(shù)據(jù)特點(diǎn)，確定第一波段為實(shí)驗(yàn)波段；

(3)由平滑線性空間濾波器對(duì)圖像進(jìn)行濾波處理，采用閾值分割方法對(duì)定標(biāo)三角形進(jìn)行粗提?。浩溟撝捣指罘椒ú僮魅缦拢?/p>

f(x，y)為平滑后的巖芯圖像，g(x，y)為閾值分割后圖像，t為閾值，圖像由較亮巖芯數(shù)據(jù)等組成的背景以及背景上的黑色定標(biāo)三角形組成，以這樣的組成方式，定標(biāo)三角形像素和背景像素所具有的灰度值組合成了兩種支配模式，從背景中提取物體的一種明顯方法是選擇一個(gè)將這些模式分開的閾值t，然后，f(x，y)＜t的任何點(diǎn)(x，y)稱為一個(gè)對(duì)象點(diǎn)；否則將該點(diǎn)成為背景點(diǎn)；如圖1(b)和圖1(c)所示；

(4)由步驟(3)得到的結(jié)果進(jìn)行膨脹和腐蝕處理，消除不規(guī)則的邊界點(diǎn)，得到互不連通的定標(biāo)三角形和干擾區(qū)域：腐蝕選擇不同大小的結(jié)構(gòu)元素，就可以去除集合不同大小的邊界，如果兩個(gè)集合之間有細(xì)小的連通，通過腐蝕運(yùn)算就可將兩個(gè)集合分開，用集合a和b表示腐蝕的定義為：

a為需進(jìn)行腐蝕處理的集合，a^c是a的補(bǔ)集，是空集，b為腐蝕結(jié)構(gòu)元素，膨脹是腐蝕的對(duì)偶運(yùn)算，可定義為對(duì)集合的補(bǔ)集就行腐蝕運(yùn)算；如圖1(d)所示，對(duì)定標(biāo)三角形進(jìn)行了分割；

(5)以定標(biāo)三角形在巖芯數(shù)據(jù)中的面積為閾值，消除干擾區(qū)域，得到定標(biāo)三角形：巖芯成像光譜儀焦距f和成像高度h已知，定標(biāo)三角形實(shí)際面積大小為s0，依據(jù)成像等比關(guān)系，可以計(jì)算定標(biāo)三角形在巖芯圖像中的面積s為閾值進(jìn)一步提取定標(biāo)三角形(如圖1(e)所示)：

(6)由canny邊緣檢測(cè)器對(duì)定標(biāo)三角形進(jìn)行邊緣檢測(cè)，提取定標(biāo)三角形的輪廓信息：邊緣檢測(cè)是以找到亮度的一階導(dǎo)數(shù)在幅度上比指定閾值大的區(qū)域和找到亮度的二階導(dǎo)數(shù)有零交叉的地方兩個(gè)基本準(zhǔn)則為標(biāo)準(zhǔn)，在圖像中尋找亮度快速變化的地方；按照上述兩個(gè)準(zhǔn)則，選擇細(xì)節(jié)更清晰的canny邊緣檢測(cè)器進(jìn)行巖芯圖像的邊緣檢測(cè)，并以面積s為閾值，尋找定標(biāo)三角形的輪廓信息，提取定標(biāo)三角形的輪廓；如圖1(f)所示；

(7)采用霍夫變換尋找定標(biāo)三角形輪廓中的直線，以直線斜率和長(zhǎng)度為閾值，提取發(fā)生畸變的定標(biāo)三角形斜邊線段端點(diǎn)，以此為控制點(diǎn)進(jìn)行幾何畸變校正：霍夫變換是一種在圖像中尋找直線、圓等簡(jiǎn)單形狀的方法，利用霍夫變換在輪廓中尋找直線，一條直線在圖像中是一系列離散點(diǎn)的集合，通過一個(gè)直線的離散極坐標(biāo)公式，可以表達(dá)出直線的離散點(diǎn)集合等式如下：

ρ＝xcosθ+ysinθ

ρ≥0，0≤θ＜π，其中ρ為l相對(duì)于原點(diǎn)的距離，θ為l與x軸的交角，(x，y)為像元坐標(biāo)，無(wú)畸變情況時(shí)定標(biāo)三角形的斜邊斜率的絕對(duì)值|α|應(yīng)為1，以此為閾值提取出三角形斜邊直線。再以斜邊長(zhǎng)度l為閾值，提取出小于正常斜邊長(zhǎng)度的直線，位于同一定標(biāo)三角形斜邊上的兩條直線之間的區(qū)域就是幾何畸變區(qū)域，以畸變區(qū)域的邊緣特征點(diǎn)為控制點(diǎn)，進(jìn)行幾何畸變校正，如圖1(g)和圖1(h)所示。