專利名稱：一種快速圖像配準(zhǔn)及其標(biāo)定方法及實(shí)現(xiàn)其的系統(tǒng)的制作方法
一種快速圖像配準(zhǔn)及其標(biāo)定方法及實(shí)現(xiàn)其的系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于數(shù)字圖像處理領(lǐng)域，具體涉及一種快速圖像配準(zhǔn)及其標(biāo)定方法及實(shí)現(xiàn)該方法的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
圖像配準(zhǔn)是圖像處理技術(shù)中最重要，也是最基本的任務(wù)，已經(jīng)在眾多領(lǐng)域得到了廣泛的運(yùn)用。通過圖像配準(zhǔn)，可以將不同拍攝條件或是使用不同傳感器產(chǎn)生的相同的場(chǎng)景進(jìn)行對(duì)齊，更好的集成不同傳感器的信息，充分利用多種模態(tài)圖像的優(yōu)勢(shì)，并對(duì)不同成像條件下的圖像進(jìn)行重構(gòu)，以便獲得更多的信息。圖像配準(zhǔn)有著廣泛應(yīng)用范圍和實(shí)際意義，應(yīng)用領(lǐng)域涉及遙感圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺、醫(yī)學(xué)應(yīng)用、目標(biāo)識(shí)別、環(huán)境監(jiān)測(cè)、天氣預(yù)報(bào)和地理信息處理等領(lǐng)域。
圖像配準(zhǔn)的流程如下首先對(duì)圖像標(biāo)定，包括對(duì)兩幅圖像進(jìn)行特征提取得到特征點(diǎn)、通過進(jìn)行相似性度量找到匹配的特征點(diǎn)對(duì)、通過匹配的特征點(diǎn)計(jì)算得到圖像空間坐標(biāo)變換參數(shù)，然后由坐標(biāo)變換參數(shù)進(jìn)行圖像配準(zhǔn)。
圖像配準(zhǔn)的應(yīng)用存在以下難點(diǎn)
(1)硬件實(shí)現(xiàn)困難。圖像配準(zhǔn)領(lǐng)域存在許多方法，并在計(jì)算機(jī)上仿真實(shí)現(xiàn)，但是這些方法很難硬件實(shí)現(xiàn)，其硬件實(shí)現(xiàn)或者實(shí)時(shí)性不強(qiáng)，或者占用資源過高。
(2)標(biāo)定方法復(fù)雜。標(biāo)定方法的關(guān)鍵在于尋找特征點(diǎn)并匹配特征點(diǎn)對(duì)，這一過程需要耗費(fèi)大量的時(shí)間。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題而提供一種快速圖像配準(zhǔn)及標(biāo)定方法及實(shí)現(xiàn)該方法的系統(tǒng)。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下一種快速圖像配準(zhǔn)及標(biāo)定方法，包括以下步驟
步驟1 選擇成像定標(biāo)點(diǎn)，采集其基準(zhǔn)圖像和待配準(zhǔn)圖像并存儲(chǔ)；
步驟2 分別在所述基準(zhǔn)圖像和所述待配準(zhǔn)圖像中確定成像定標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)，計(jì)算仿射變換的縮放參數(shù)和偏移量；
步驟3 仿射變換，根據(jù)步驟2中的縮放參數(shù)和偏移量計(jì)算所述基準(zhǔn)圖像的像素在所述待配準(zhǔn)圖像中的坐標(biāo)；
步驟4 圖像配準(zhǔn)，根據(jù)所述步驟3中得到的坐標(biāo)從所述存儲(chǔ)的待配準(zhǔn)圖像中讀取相應(yīng)的所述待配準(zhǔn)圖像像素，并將其與所述基準(zhǔn)圖像像素相與，得到配準(zhǔn)圖像的碼流。
進(jìn)一步的，所述步驟1具體為
步驟1. 1 搭建帶有4個(gè)成像定標(biāo)點(diǎn)A、B、C、D為成像目標(biāo)的圖像采集平臺(tái)，拍攝待配準(zhǔn)圖像和基準(zhǔn)圖像；
步驟1. 2 將所述待配準(zhǔn)圖像存儲(chǔ)，并找到每一幀待配準(zhǔn)圖像的起始位置；
步驟1. 3 分離出每一行和每一列的起始段，在每一幀內(nèi)對(duì)行計(jì)數(shù)，從1到576，在每一行內(nèi)對(duì)列計(jì)數(shù)，從1到720，丟掉待配準(zhǔn)圖像的幀頭、行頭、幀尾；
步驟1. 4 將各行列的有效像素分別存入FPGA中的存儲(chǔ)塊，圖像處理板中的FPGA 劃分出3個(gè)存儲(chǔ)塊01、02、03，分別存儲(chǔ)3幀待配準(zhǔn)圖像；
進(jìn)一步的，所述步驟2具體為
步驟2. 1 將采集的所述4個(gè)成像定標(biāo)點(diǎn)在所述待配準(zhǔn)圖像中的的坐標(biāo)(xa，ya)、 (xb, yb)、(x。，yc)、(xd，yd)，在所述基準(zhǔn)圖像中的坐標(biāo)為 OC , ya' )、(xb'，y/ )、(xc'， yc' )>(xd'，yd')，設(shè)定所述仿射變換的縮放參數(shù)為RHXp RHYp RVXp RVY1,所述仿射變換的水平方向和垂直方向的偏移量為LpC1,以A、B、C點(diǎn)的坐標(biāo)構(gòu)建如下方程組，
權(quán)利要求
1.一種快速圖像配準(zhǔn)及標(biāo)定方法，其特征在于包括以下步驟 步驟1 選擇成像定標(biāo)點(diǎn)，采集其基準(zhǔn)圖像和待配準(zhǔn)圖像并存儲(chǔ)；步驟2 分別在所述基準(zhǔn)圖像和所述待配準(zhǔn)圖像中確定成像定標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)，計(jì)算仿射變換的縮放參數(shù)和偏移量；步驟3 仿射變換，根據(jù)步驟2中的縮放參數(shù)和偏移量計(jì)算所述基準(zhǔn)圖像的像素在所述待配準(zhǔn)圖像中的坐標(biāo)；步驟4 圖像配準(zhǔn)，根據(jù)所述步驟3中得到的坐標(biāo)從所述存儲(chǔ)的待配準(zhǔn)圖像中讀取相應(yīng)的所述待配準(zhǔn)圖像像素，并將其與所述基準(zhǔn)圖像像素相與，得到配準(zhǔn)圖像的碼流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速圖像配準(zhǔn)及標(biāo)定方法，其特征在于所述步驟1具體為步驟1. 1 搭建帶有4個(gè)成像定標(biāo)點(diǎn)A、B、C、D為成像目標(biāo)的圖像采集平臺(tái)，拍攝待配準(zhǔn)圖像和基準(zhǔn)圖像；步驟1. 2 將所述待配準(zhǔn)圖像存儲(chǔ)，并找到每一幀待配準(zhǔn)圖像的起始位置； 步驟1. 3 分離出每一行和每一列的起始段，在每一幀內(nèi)對(duì)行計(jì)數(shù)，從1到576，在每一行內(nèi)對(duì)列計(jì)數(shù)，從1到720，丟掉待配準(zhǔn)圖像的幀頭、行頭、幀尾；步驟1. 4 將各行列的有效像素分別存入FPGA中的存儲(chǔ)塊，圖像處理板中的FPGA劃分出3個(gè)存儲(chǔ)塊D1、D2、D3，分別存儲(chǔ)3幀待配準(zhǔn)圖像。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種快速圖像配準(zhǔn)及標(biāo)定方法，其特征在于所述步驟2具體為步驟2. 1 將采集的所述4個(gè)成像定標(biāo)點(diǎn)在所述待配準(zhǔn)圖像中的的坐標(biāo)(xa，ya)、(xb, yb)、(x。，y。)、(xd，yd)，在所述基準(zhǔn)圖像中的坐標(biāo)為(V ,ya' )>(xb'，yb' )>(xc' ,ij )、 (xd'，yd')，設(shè)定所述仿射變換的縮放參數(shù)為RHXp RHYp RVXp RVY1,所述仿射變換的水平方向和垂直方向的偏移量為Lp C1，以A、B、C點(diǎn)的坐標(biāo)構(gòu)建如下方程組，I Xa= RHX1* Xa^RHYl* y^+L, Iya= RVX1* Xa^RVYl* y^C, Ixb=RHXl* RHY^yb'+L1 \yb =RVX1* xb'+RVY1* y^+C, xc = RHX1 * xc '+RHY1 * yc '+L1 ly^RVX^x^+RVY^y^+C, 求解所述方程組得到RHXp RHY1, RVX1, RVY1,同樣以B、C、D點(diǎn)的坐標(biāo)構(gòu)建方程組
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速圖像配準(zhǔn)及標(biāo)定方法，其特征在于所述步驟3具體為步驟3. 1 根據(jù)步驟2中拍攝基準(zhǔn)圖像的相機(jī)的變焦倍數(shù)，讀出步驟2中相應(yīng)的縮放參數(shù)和偏移量參數(shù)；步驟3.2 分析基準(zhǔn)圖像的制式，找到每一幀基準(zhǔn)圖像的起始位置，分離出每一行的起始段，保留基準(zhǔn)圖像的幀頭、行頭和幀尾，在各行列的有效像素通過之前6個(gè)時(shí)鐘周期， 根據(jù)6個(gè)參數(shù)RHX、RHY、RVX、RVY、L、C計(jì)算基準(zhǔn)圖像某像素在待配準(zhǔn)圖像中相應(yīng)像素的坐標(biāo)；步驟3. 3 根據(jù)下列方程組得到所述基準(zhǔn)圖像中像素在所述待配準(zhǔn)圖像中相應(yīng)的像素的坐標(biāo)，,=0原始'*2-45 (23御馳‘310)少變換b原始2-670 (336 #y原始，623)所述yg^為基準(zhǔn)圖像的行坐標(biāo)，所述為變換以后的坐標(biāo)，J X1 = RHX * X1 '+RHY * γ1 '+L } γ1 = RVX * X1 '+RVY * y,'+C所述(X1'，y/ )為基準(zhǔn)圖像中某點(diǎn)變換后的坐標(biāo)，所述(Xpy1)為待配準(zhǔn)圖像中相應(yīng)像素的坐標(biāo)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種快速圖像配準(zhǔn)及標(biāo)定方法，其特征在于所述待配準(zhǔn)圖像中相應(yīng)像素的坐標(biāo)(Xl，Y1)如果不是整數(shù)，需要對(duì)像素插值，具體如下所述待配準(zhǔn)圖像的像素坐標(biāo)的行坐標(biāo)在1到576范圍內(nèi)，所述待配準(zhǔn)圖像的像素坐標(biāo)的列坐標(biāo)在1到720范圍內(nèi)，則舍去小數(shù)部分，僅取整數(shù)部分，然后將經(jīng)過上述處理后的行坐標(biāo)進(jìn)行根據(jù)如下方程組反變換，=t ^+1V2"1 (y原始是奇數(shù)) 變換始/2+287 (y原始是偶數(shù))所述ygfe為待配準(zhǔn)圖像的行坐標(biāo)，所述為變換以后的坐標(biāo)；所述待配準(zhǔn)圖像的像素坐標(biāo)的行坐標(biāo)小于1大于576，所述待配準(zhǔn)圖像的像素坐標(biāo)的列坐標(biāo)小于1大于720，則重新仿射變換取得相應(yīng)的待配準(zhǔn)圖像的像素坐標(biāo)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種快速圖像配準(zhǔn)及標(biāo)定方法，其特征在于所述步驟4具體為從FPGA內(nèi)部的存儲(chǔ)塊中尋址到待配準(zhǔn)圖像中的像素，并將其8位像素值與相應(yīng)的基準(zhǔn)圖像像素值相與，得到配準(zhǔn)圖像的碼流。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種快速圖像配準(zhǔn)及標(biāo)定方法，其特征在于所述“從FPGA 內(nèi)部的存儲(chǔ)塊中尋址到待配準(zhǔn)圖像中的像素”具體為按一定的順序從3個(gè)存儲(chǔ)塊中讀取待配準(zhǔn)圖像。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種快速圖像配準(zhǔn)及標(biāo)定方法，其特征在于所述“按一定的順序從3個(gè)存儲(chǔ)塊中讀取待配準(zhǔn)圖像”具體為當(dāng)讀寫狀態(tài)機(jī)正在將待配準(zhǔn)圖像寫入Dl時(shí)， 從D3中尋址，此時(shí)處于Sl狀態(tài)；當(dāng)讀寫狀態(tài)機(jī)正在將待配準(zhǔn)圖像寫入D2時(shí)，從Dl中尋址，此時(shí)處于S2狀態(tài)；當(dāng)讀寫狀態(tài)機(jī)正在將待配準(zhǔn)圖像寫入D3時(shí)，讀狀態(tài)機(jī)從D2中尋址，此時(shí)處于S3狀態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的快速圖像配準(zhǔn)及標(biāo)定方法，其特征在于還包括步驟6，判斷配準(zhǔn)圖像是否準(zhǔn)確，如果不準(zhǔn)確，則返回步驟1。
10.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1至9任一項(xiàng)所述的快速圖像配準(zhǔn)及標(biāo)定方法的系統(tǒng)，其特征在于包括圖像采集模塊、圖像存儲(chǔ)模塊、圖像處理模塊，所述圖像采集模塊，用于基準(zhǔn)圖像和待配準(zhǔn)圖像的采集；所述圖像存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)所述圖像采集模塊采集的圖像；所述圖像處理模塊，包括圖像仿射變換模塊和圖像配準(zhǔn)模塊，所述圖像仿射變換模塊，用于對(duì)所述圖像存儲(chǔ)模塊中的圖像進(jìn)行仿射變換；所述圖像配準(zhǔn)模塊，用于將經(jīng)仿射變換后的圖像進(jìn)行配準(zhǔn)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于所述圖像采集模塊包括用于采集待配準(zhǔn)圖像的第一相機(jī)，用于采集基準(zhǔn)圖像的第二相機(jī)，用于固定所述第一相機(jī)和所述第二相機(jī)的固定支架，以及帶有成像定標(biāo)點(diǎn)的成像目標(biāo)，所述的待成像平面與所述第一相機(jī)和所述第二相機(jī)的鏡面平行。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于所述圖像處理模塊還包括像素差值模塊以及參數(shù)提取模塊，所述參數(shù)提取模塊，用于采集所述仿射變換的縮放參數(shù)及偏移量參數(shù)； 所述像素差值模塊，用于對(duì)不是整數(shù)的仿射變換后的圖像的像素坐標(biāo)進(jìn)行像素差值， 以便于從所述圖像存儲(chǔ)模塊中找到相應(yīng)的圖像像素。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種快速圖像配準(zhǔn)及標(biāo)定方法，其特征在于包括以下步驟步驟1選擇成像定標(biāo)點(diǎn)，采集其基準(zhǔn)圖像和待配準(zhǔn)圖像并存儲(chǔ)；步驟2分別在所述基準(zhǔn)圖像和所述待配準(zhǔn)圖像中確定成像定標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)，計(jì)算仿射變換的縮放參數(shù)和偏移量；步驟3仿射變換，根據(jù)步驟2中的縮放參數(shù)和偏移量計(jì)算所述基準(zhǔn)圖像的像素在所述待配準(zhǔn)圖像中的坐標(biāo)；步驟4圖像配準(zhǔn)，根據(jù)所述步驟3中得到的坐標(biāo)從所述存儲(chǔ)的待配準(zhǔn)圖像中讀取相應(yīng)的所述待配準(zhǔn)圖像像素，并將其與所述基準(zhǔn)圖像像素相與，得到配準(zhǔn)圖像的碼流。本發(fā)明還涉及一種實(shí)現(xiàn)快速圖像配準(zhǔn)及標(biāo)定方法的系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G06T7/00GK102542569SQ20111043365
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月21日
發(fā)明者商凱, 王建輝, 王文涵, 王斌, 金明智, 鐘勝 申請(qǐng)人:武漢市兌爾科技有限公司