專利名稱：一種基于圖像匹配的目標(biāo)點定位系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于圖像的目標(biāo)定位裝置和技術(shù)，涉及一種圖像匹配技術(shù)，尤其涉及一種基于圖像匹配的目標(biāo)點定位系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
所謂定位技術(shù)，通常是指將特定物體發(fā)出的信號進行分析并根據(jù)已有的數(shù)據(jù)來確定物體所在位置，例如眾所周知的GPS全球衛(wèi)星定位技術(shù)以及廣泛應(yīng)用于高速鐵路上的傳感器定位。近年來，由于人們在日常生活中對于定位設(shè)備的依賴性有了廣泛增強，定位技術(shù)得到了突飛猛進的發(fā)展。當(dāng)對于傳統(tǒng)的定位技術(shù)而言，當(dāng)輸入信號發(fā)生變化，輸入信號變?yōu)閳D像時，例如某人的額頭如果佩戴一個長焦攝像機(帽沿、眼鏡腳等處)，在胸前配戴一個廣角攝像機對該人所在區(qū)域進行全景拍攝，若長焦攝像機所拍畫面沒有超出我們廣角圖像的范圍，則如何根據(jù)長焦攝像機所傳回的圖像對該人的視角圖像進行定位，以實現(xiàn)對此人的注視點進行定位，傳統(tǒng)的定位技術(shù)，包括GPS及其他的定位系統(tǒng)都是無法實現(xiàn)的。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述問題，本發(fā)明旨在提供一種基于圖像匹配的目標(biāo)點定位系統(tǒng)，將處于特定位置的長焦鏡頭中的圖像與相應(yīng)廣角鏡頭中圖像進行匹配，達到窄角視場圖像在廣角圖像中進行定位的目的。技術(shù)方案一種基于圖像匹配的目標(biāo)點定位系統(tǒng)，包括以下三部分一部為信息采集單元，包括安裝有長焦鏡頭和廣角鏡頭的實時圖像觀測系統(tǒng)和對所述長焦鏡頭和廣角鏡頭中的圖像進行提取的信息提取部件；所述長焦鏡頭的安裝位置相對于廣角鏡頭的安裝位置是運動的并且長焦鏡頭所指圖像一直為廣角圖像的一部分；所述信息提取部件包括圖像采集卡和圖像校正設(shè)備；具體說，所述長焦鏡頭即窄視場，廣角鏡頭即寬視場，前者相對后者是運動的，在其運動范圍內(nèi)能夠指向任意方向及物體，但保證長焦鏡頭所指圖像應(yīng)為廣角圖像的一部分，即為廣角圖像的子集；反之，廣角鏡頭中的圖像相對于長焦鏡頭的圖像應(yīng)包含更大視野，即其所涉及的范圍應(yīng)更大。二部為數(shù)據(jù)處理單元，用于處理信息采集單元采集的圖像信息、計算長焦鏡頭的圖像在廣角鏡頭圖像中的準(zhǔn)確位置，包括首先將長焦鏡頭及廣角鏡頭中的圖像進行捕獲和預(yù)處理；繼而應(yīng)用尺度不變特征變換算法，即SIFT算法，將長焦鏡頭中的圖像與廣角鏡頭中的圖像進行關(guān)鍵點的定位與匹配，得出圖像上的特征匹配點的樣本；進而應(yīng)用引入重要性采樣的粒子濾波算法，對所確定的特征匹配點進行局部取樣，將計算得到的后驗概率較低的特征匹配點進行過濾，最終所選取的觀測點樣本得出后驗概率較高所處狀態(tài)，即為所定位的區(qū)域；
通過所述SIFT算法及粒子濾波算法的結(jié)合，得到相應(yīng)的長焦鏡頭圖像在廣角鏡頭圖像的數(shù)字位置描述；三部為輸出單元，用于在廣角鏡頭圖像中顯示長焦鏡頭圖像的準(zhǔn)確位置，以及對長焦鏡頭所示圖像中的移動物體進行跟蹤和實時定位。所述信息采集單元與數(shù)據(jù)處理單元進行輸入輸出轉(zhuǎn)換，并將最終的定位結(jié)果顯示在廣角鏡頭所示圖像中。所述數(shù)據(jù)處理單元裝有特定分析軟件，應(yīng)用于快速分析圖像信息并作出匹配結(jié)果，內(nèi)部主要利用SIFT算法及粒子濾波算法計算圖像特征，包括兩幅圖像特征點的梯度場，最終進行匹配的特征點，基于匹配特征點取樣過濾后的定位區(qū)域的數(shù)字量化，并將結(jié)果進行轉(zhuǎn)化按合適的輸出方式進行切換，由輸出單元中的廣角鏡頭圖像中顯示定位結(jié)果；所述匹配特征點的正確率由SIFT算法中關(guān)鍵點不變描述向量的最小歐式距離鄰域與次小歐式距離鄰域的比例系數(shù)所決定，數(shù)據(jù)處理單元應(yīng)用理論最佳比例算出匹配特征，對圖像點的定位通過匹配點的取樣和重取樣，通過后驗概率分布的計算，對之前確定的定位區(qū)域進行更新，直至達到滿意解。技術(shù)效果本發(fā)明將長焦鏡頭攝像機的圖像作為定位對象，對其所描述的圖像在相應(yīng)的廣角圖像中進行定位，這與之前將具體物體當(dāng)作對象的定位技術(shù)有很大不同，解決了之前實時變化的目標(biāo)不能進行實時定位的缺陷本發(fā)明可以對行人的注視點進行定位，也可以幫助警察在人群中利用長焦鏡頭中的畫面鎖定犯罪嫌疑人，在廣角圖像中迅速確定其位置及其運動軌跡。也可以應(yīng)用在戰(zhàn)斗機瞄準(zhǔn)系統(tǒng)，當(dāng)飛行員手動瞄準(zhǔn)來不及時，可以采用該技術(shù)自動瞄準(zhǔn)，按鈕后發(fā)射炮彈等。 本系統(tǒng)的特點是不需要對眼睛和圖像內(nèi)容進行識別，不需要特別的光源，具有極大的靈活性。本發(fā)明設(shè)備適用性良好，可滿足多種需求，例如將長焦攝像機安裝在坦克發(fā)射口旁，廣角鏡頭安裝在坦克前端不隨發(fā)射口位置變化的地方，則可將長焦鏡頭中的目標(biāo)定位在廣角鏡頭中幫助指揮了解周圍目標(biāo)情況；此裝置也可裝配在人上，例如可以將長焦鏡頭安裝在人的額頭前，廣角鏡頭則安裝在胸前，那么此定位裝置可以定位和跟蹤人的注視點變化；裝置也可以安裝在監(jiān)控設(shè)備前端，飛機頭部等，幫助了解飛行員的注視內(nèi)容，對周圍環(huán)境有更清晰的了解。


圖1是實施例的定位設(shè)備示意圖；圖2是實施例的定位系統(tǒng)算法流程圖。圖中，1.長焦鏡頭攝像機，2.廣角鏡頭攝像機，3.匹配區(qū)域，4.數(shù)據(jù)處理單元
具體實施例方式一種基于圖像匹配的目標(biāo)點定位系統(tǒng)，其設(shè)備如圖1所示，其由長焦鏡頭攝像機 1、廣角鏡頭攝像機2與相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理單元4組成，所述長焦鏡頭作為廣角鏡頭的輔助，即長焦鏡頭中的圖像為廣角鏡頭圖像的一部分，動態(tài)選定定位和跟蹤的目標(biāo)；故而安裝位置有如下要求廣角鏡頭攝像機位置相對固定，長焦鏡頭攝像機可以靈活運動，但保證長焦鏡頭所指圖像應(yīng)為廣角圖像的一部分，圖像重疊區(qū)即為匹配區(qū)域3;如將廣角攝像機固定在胸前，而將長焦鏡頭攝像機固定在帽沿、眼鏡腳等處，即可實現(xiàn)對頭部朝向確定的注視點進行定位。在設(shè)備運行過程中，長焦鏡頭中的畫面與廣角鏡頭中的畫面在數(shù)據(jù)處理單元進行數(shù)據(jù)計算與圖像特征點的匹配，最終數(shù)據(jù)處理單元將所得到的匹配結(jié)果返回廣角鏡頭顯示界面，并在其界面上以相應(yīng)標(biāo)識來表示長焦鏡頭中的畫面在廣角鏡頭中的位置?；趫D像匹配的目標(biāo)點定位算法，如圖2所示通過長焦鏡頭攝像機采集小場景圖像，通過廣角鏡頭攝像機采集廣角圖像，經(jīng)圖像校正，輸入數(shù)據(jù)處理單元；在所述數(shù)據(jù)處理單元，首先應(yīng)用SIFT算法將廣角鏡頭中的圖像與長焦鏡頭中的圖像進行關(guān)鍵點的匹配，進而對匹配點進行局部取樣，利用粒子濾波算法對不合格的取樣點進行剔除，進而得到符合條件的匹配點，最終得到長焦鏡頭中的圖像在廣角鏡頭圖像中的準(zhǔn)確位置；通過數(shù)據(jù)傳輸裝置，將所得定位結(jié)果以明顯標(biāo)識的方式展示在廣角鏡頭的圖像中。本發(fā)明基于兩個核心算法，SIFT算法及粒子濾波算法，下面將對這兩個算法進行簡要描述。SIFT 算法SIFT 算法，全稱 Scale Invariant Feature Transform-尺度不變特征變換，是搜尋圖像中穩(wěn)定特征點的重要算法，這些特征點對于圖像尺度的變換，旋轉(zhuǎn)，以及對部分光照強度的變化和3D投影變化均穩(wěn)定不變。它們的位置無論在空間域或者頻率域均有很強的魯棒性，這大大降低了噪聲以及雜亂因素對它們的影響。這些特點非常獨特，它們能有效的與已知相似特征進行匹配。下面是生成圖像特征點集的主要步驟1.尺度空間極值點的挖掘通過高斯甄別函數(shù)
權(quán)利要求
1.一種基于圖像匹配的目標(biāo)點定位系統(tǒng)，其特征在于，包括以下三部分一部為信息采集單元，包括安裝有長焦鏡頭和廣角鏡頭的實時圖像觀測系統(tǒng)和對所述長焦鏡頭和廣角鏡頭中的圖像進行提取的信息提取部件；所述長焦鏡頭的安裝位置相對于廣角鏡頭的安裝位置是運動的并且長焦鏡頭所指圖像一直為廣角圖像的一部分；所述信息提取部件包括圖像采集卡和圖像校正設(shè)備；二部為數(shù)據(jù)處理單元，用于處理信息采集單元采集的圖像信息、計算長焦鏡頭的圖像在廣角鏡頭圖像中的準(zhǔn)確位置，包括首先將長焦鏡頭及廣角鏡頭中的圖像進行捕獲和預(yù)處理；繼而應(yīng)用尺度不變特征變換算法，即SIFT算法，將長焦鏡頭中的圖像與廣角鏡頭中的圖像進行關(guān)鍵點的定位與匹配，得出圖像上的特征匹配點的樣本；進而應(yīng)用引入重要性采樣的粒子濾波算法，對所確定的特征匹配點進行局部取樣，將計算得到的后驗概率較低的特征匹配點進行過濾，最終所選取的觀測點樣本得出后驗概率較高所處狀態(tài)，即為所定位的區(qū)域；通過所述粒子算法及粒子濾波算法的結(jié)合，得到相應(yīng)的長焦鏡頭圖像在廣角鏡頭圖像的數(shù)字位置描述；三部為輸出單元，用于在廣角鏡頭圖像中顯示長焦鏡頭圖像的準(zhǔn)確位置，以及對長焦鏡頭所示圖像中的移動物體進行跟蹤和實時定位；所述信息采集單元與數(shù)據(jù)處理單元進行輸入輸出轉(zhuǎn)換，并將最終的定位結(jié)果顯示在廣角鏡頭所示圖像中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定位系統(tǒng)，其特征在于所述匹配特征點的正確率由SIFT算法中關(guān)鍵點不變描述向量的最小歐式距離鄰域與次小歐式距離鄰域的比例系數(shù)所決定，數(shù)據(jù)處理單元應(yīng)用理論最佳比例算出匹配特征，對圖像點的定位通過匹配點的取樣和重取樣，通過后驗概率分布的計算，對之前確定的定位區(qū)域進行更新，直至達到滿意的定位結(jié)果；所述圖像匹配是有容忍度匹配，即對每個關(guān)鍵點設(shè)定了兩個鄰域，即兩個大小不同的鄰域，對兩個不同的鄰域分別進行匹配運算，通過得到最佳鄰近區(qū)域與次鄰近最佳區(qū)域的距離比來提高最后的匹配程度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于圖像匹配的目標(biāo)點定位系統(tǒng)，即將長焦鏡頭中的圖像準(zhǔn)確的定位到廣角鏡頭圖像中的位置，應(yīng)用SIFT算法和粒子濾波方法，達到最終準(zhǔn)確定位和追蹤的目的。本發(fā)明可以在廣角圖像中迅速定位特定物體與區(qū)域，例如可以幫助警察在人群中利用長焦鏡頭中的畫面鎖定犯罪嫌疑人，在廣角圖像中迅速確定其位置及其運動軌跡、飛行員手動瞄準(zhǔn)來不及時，可以在頭盔上安裝長焦攝像機，采用該技術(shù)自動瞄準(zhǔn)，按鈕后發(fā)射炮彈等。
文檔編號H04N5/225GK102509309SQ20111034632
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月4日
發(fā)明者付先平, 管瀟, 袁國良 申請人:大連海事大學(xué)