[发明专利]冰芯光学特性图像采集处理方法

说明书

技术领域

本发明属于图像处理领域，特别涉及一种冰芯光学特性图像采集处理方法。

背景技术

冰芯是冰钻从冰川上部向下钻取的圆柱状冰体。降雪过程沉积到冰川内部的多种物质与化学成分，包括气溶胶微粒、火山尘埃、放射性物质及其同位素、大气成分、人类排放的固体与气体成分等，都能被保存在冰芯记录中[1]。利用定年技术与实验室分析，可以得到冰芯中不同气候环境指标的变化，重建过去不同时间尺度的气候环境时间变化过程。冰芯作为气候环境信息的载体，具有保真性强、信息量大、分辨率高、时间尺度长等优点，堪称“无字的环境密码档案库”。

目前，国外已经研制出多套冰芯光学测定仪。日本在2003年就已经研制出了一套冰芯光学测定仪，该冰芯光学测定仪被应用于Dome Fuji ice core project II。该光学测定仪的扫描速度在5mm/s左右，测量的冰芯样品长度1.5米，整条冰芯扫描下来用时6分钟左右。美国国家冰芯实验室在2007年也研制出了一套冰芯光学测定仪。该冰芯光学测定仪的扫描分辨率为0.05mm到1mm。具有自动光学图像采集和数据处理的功能。然而，这些设备不能够抵抗极地的恶劣环境，只能在实验室使用，无法让科研人员在第一时间保存冰芯的原始信息。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于针对冰芯特征点稀少的问题，采用改进的图像拼接方法，高效、快速地合成冰芯全景图，以进行光学分析，得到冰芯反映的数据结果。

为达到上述目的，本发明提供了一种冰芯光学特性图像采集处理方法，包括以下步骤：

拍摄多幅冰芯照片；

对多幅冰芯照片进行图像拼接；

对拼接后的全景冰芯图像进行光学分析，

其中，所述图像拼接包括以下步骤：

图像预处理，采用直方图均衡化方法将冰芯照片进行非线性拉伸，重新分配像素值；

图像匹配区域定位，确定相邻两幅照片的重叠区域，进行特征点的提取和配准；

图像特征提取，采用FAST函数进行角点检测；

图像特征匹配，以两个特征点描述符之间的欧氏距离作为特征点匹配的相似度准则；

图像融合，采用加权平均融合进行图像平滑过渡后无缝拼接。

优选地，所述图像预处理包括以下步骤：

统计原始输入图像各灰度级的像素数目n_i，i＝0，1，...L-1，其中L为灰度总级数；

计算原始图像直方图，即各灰度级的概率密度Pi，根据下式获得，

其中，n为原始图像的总像素数、r_i为灰度级i；

计算累计分布函数s_k，根据下式获得，

计算最后的输出灰度级g_k，根据下式获得，

g_k＝INT[(L-1)s_k(r_k)+0.5]/(L-1)，

其中，INT[]是取整算符。

优选地，所述图像特征提取包括以下步骤：

以一个像素p为中心，半径为3的圆上选取16个像素点，与中心点像素值做差，根据下式得到满足不等式的个数，

其中，I(x)为边上像素点的像素值，I(p)为中心点的像素值，ε_d为设定的阈值，N为满足不等式的个数；

如果N＞12，则此点作为一个候选角点，否则，删除；

对图像进行非极大值抑制，如果以特征点p为中心的一个邻域内有多个特征点，判断每个特征点的得分，若p是邻域中所有特征点得分最高的，则保留；否则，删除；若邻域内只有一个特征点，则保留，得分计算公式如下：

其中，p是中心像素，t是检测的阈值，pixel values是圆上N个相邻像素。

优选地，所述图像特征匹配，设特征点对p和q的特征描述符为Des_p和Des_q，则其欧氏距离由下式获得，

优选地，所述图像特征匹配，包括以下步骤：

采用优先k-d树进行优先搜索来查找每个特征点的两个近似最近邻特征点；

如果找出特征点p欧氏距离最近和次近的两个邻居特征点q₁和q₂，则计算p与q₁以及p与q₂两组描述符之间欧氏距离的比值r；