一種消除ccd天文圖像中宇宙射線的方法
2023-05-20 12:32:26 2
專利名稱：一種消除ccd天文圖像中宇宙射線的方法
技術領域：
本發明涉及一種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：
CCD(Charge-Coupled Device,電荷f禹合元件)天文圖像在採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天文圖像的質量。宇宙射線指的是來自於宇宙中的一種具有相當大能量的帶電粒子流，主要由質子、氦核、鐵核等裸原子核組成，由於宇宙射線的分布沒有規律，是隨機分布的，有可能位於待測星的星象中，導致星象的位置和光亮度出現偏差，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於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域的圖像，因為一般情況下一個像素點或者一個區域的像素點只會在有限次內(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域獲取多張圖像，將那些好的圖像的像素點代替被宇宙線汙染的像素點。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於單幅圖像消除宇宙射線的方法，例如VanDokkum提出了一種基於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律獨立出宇宙射線，在無需對周圍環境進行對比的情況下有效地探測並去除宇宙射線噪聲。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。隨著成像技術的發展進步，獲取的CCD天文圖像的解析度也越來越高，所以對於消除宇宙射線的算法要求也越來越高，對於其批量處理大型CCD天文圖像來說，單CPU的串行實現效率相對來說也比較低。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的缺點與不足，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量。本發明的目的通過下述技術方案實現一種消除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進行子採樣得到子採樣圖像；(2)將傳統的3X3矩陣模型的Laplacian算子改進為5X5矩陣模型的Laplacian算子，將子採樣圖像進行放大後與改進後的Laplacian算子進行卷積運算，將卷積運算後得到的Laplacian圖像進行去負值處理，然後恢復到原始圖像I的大小，得到與原始圖像I的解析度大小相同的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造關聯於原始圖像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'的值是否大於第一閾值；若信噪比S'大於第一閾值，則該像素點為候選的宇宙射線.
-^4 ，(3-4)根據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造關聯於原始圖像I的精細結構模型F，設定第二閾值flim ；(3-5)將Laplacian圖像L'的值與精細結構模型F作比值，得到比值T ;(3-6)判斷T值是否大於第二閾值；若T值大於第二閾值flim，則該像素點為候選的宇宙射線；(3-7)將信噪比S'值大於第一閾值且T值大於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量與原始圖像I總像素數量的比值相對於第三閾值X的大小若已經識別出來的宇宙射線像素數量與原始圖像I總像素數量的比值小於或等於第三閾值X，則步驟(I)中的原始圖像I為Lv，重複迭代執行步驟(I) - (4)，若已經識別出來的宇宙射線像素數量與原始圖像I總像素數量的比值大於第三閾值X，則執行步驟(5)；(5)利用分數階微分的Tiansi算子歸整後得到的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。優選的，所述步驟(I)原始圖像I是通過CPU對其採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)的並行處理；將經過所述步驟(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。優選的，所述步驟(2)中子採樣圖像Γ經過fz放大後的圖像產為Ifz = fzr ；I,為步驟(I)中原始圖像I子採樣後得到的子採樣圖像，fz為子採樣因子；改進後的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)中子採樣圖像進行放大後與改進後的Laplacian算子進行卷積運算得到的Laplacian圖像Lfz為
權利要求
1.一種消除CCD天文圖像中宇宙射線的方法，其特徵在於，包括以下步驟 (1)由原始圖像I進行子採樣得到子採樣圖像； (2)將傳統的3X3矩陣模型的Laplacian算子改進為5X5矩陣模型的Laplacian算子，將子採樣圖像進行放大後與改進後的Laplacian算子進行卷積運算，將卷積運算後得到的Laplacian圖像進行去負值處理，然後恢復到原始圖像I的大小，得到與原始圖像I的解析度大小相同的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造關聯於原始圖像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'的值是否大於第一閾值；若信噪比S'大於第一閾值，則該像素點為候選的宇宙射線；(3-4)根據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造關聯於原始圖像I的精細結構模型F，設定第二閾值flim ； (3-5)將Laplacian圖像Li的值與精細結構模型F作比值，得到比值T ; (3-6)判斷T值是否大於第二閾值；若T值大於第二閾值flim，則該像素點為候選的宇宙射線； (3-7)將信噪比S'值大於第一閾值且T值大於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量與原始圖像I總像素數量的比值相對於第三閾值X的大小 若已經識別出來的宇宙射線像素數量與原始圖像I總像素數量的比值小於或等於第三閾值X，則步驟(I)中的原始圖像I為Lv，重複迭代執行步驟(I) - (4)， 若已經識別出來的宇宙射線像素數量與原始圖像I總像素數量的比值大於第三閾值X，則執行步驟(5)； (5)利用分數階微分的Tiansi算子歸整後得到的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.根據權利要求I所述的消除CCD天文圖像中宇宙射線的方法，其特徵在於，所述步驟(1)原始圖像I是通過CPU對其採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)的並行處理；將經過所述步驟(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.根據權利要求I所述的消除CCD天文圖像中宇宙射線的方法，其特徵在於，所述步驟(2)中子採樣圖像Γ經過fz放大後的圖像產為ifz = fzr ； Γ為步驟(I)中原始圖像I子採樣後得到的子採樣圖像，fz為子採樣因子； 改進後的Laplacian算子的5x5矩陣模型為
4.根據權利要求3所述的消除CCD天文圖像中宇宙射線的方法，其特徵在於，所述放大倍數fz=2，圖像Ifz、Laplacian圖像Lfz以及Laplacian圖像Lfz'的解析度大小均為2mX 2n ； 得到解析度大小為mxn的Lplacian圖像L'的像素點L' 表達式為
5.根據權利要求I所述的消除CCD天文圖像中宇宙射線的方法，其特徵在於，所述步驟(3)中的關聯於原始圖像I噪聲模型N為
6.根據權利要求5所述的消除CCD天文圖像中宇宙射線的方法，其特徵在於，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.根據權利要求I所述的消除CCD天文圖像中宇宙射線的方法，其特徵在於，所述步驟(3)中的關聯於原始圖像I的精細結構模型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後得到圖像中的低頻信息； 所述步驟(3)中的Laplacian圖像Li的值與精細結構模型F作比值得到的T值為
8.根據權利要求I所述的消除CCD天文圖像中宇宙射線的方法，其特徵在於，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.根據權利要求I所述的消除CCD天文圖像中宇宙射線的方法，其特徵在於，所述步驟(5)中的分數階微分的Tiansi算子歸整後得到Tiansi'算子與消除宇宙射線後的圖像Lv進行卷積運算得到的增強後的圖像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代表分數階的階次，其取值範圍為(0，1);所述Tiansi'算子為Tiansi算子的每一項均除以4 (e-2) (e~l)。
10.根據權利要求9所述的消除CCD天文圖像中宇宙射線的方法，其特徵在於，所述分數階的階次e的大小根據圖像增強需要的大小做調整。
全文摘要
本發明公開了一種消除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進行子採樣得到子採樣圖像，對Laplacian算子進行改進，將子採樣圖像進行放大後與改進後的Laplacian算子進行卷積運算，然後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)利用分數階微分的歸整後的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 優先權日2012年8月30日
發明者孟小華, 張慶豐, 彭青玉, 區業祥 申請人:暨南大學