专利名称：一种快速图像配准及其标定方法及实现其的系统的制作方法
一种快速图像配准及其标定方法及实现其的系统技术领域
本发明属于数字图像处理领域，具体涉及一种快速图像配准及其标定方法及实现该方法的系统。
背景技术：
图像配准是图像处理技术中最重要，也是最基本的任务，已经在众多领域得到了广泛的运用。通过图像配准，可以将不同拍摄条件或是使用不同传感器产生的相同的场景进行对齐，更好的集成不同传感器的信息，充分利用多种模态图像的优势，并对不同成像条件下的图像进行重构，以便获得更多的信息。图像配准有着广泛应用范围和实际意义，应用领域涉及遥感图像处理、计算机视觉、医学应用、目标识别、环境监测、天气预报和地理信息处理等领域。
图像配准的流程如下首先对图像标定，包括对两幅图像进行特征提取得到特征点、通过进行相似性度量找到匹配的特征点对、通过匹配的特征点计算得到图像空间坐标变换参数，然后由坐标变换参数进行图像配准。
图像配准的应用存在以下难点
(1)硬件实现困难。图像配准领域存在许多方法，并在计算机上仿真实现，但是这些方法很难硬件实现，其硬件实现或者实时性不强，或者占用资源过高。
(2)标定方法复杂。标定方法的关键在于寻找特征点并匹配特征点对，这一过程需要耗费大量的时间。发明内容
本发明为解决上述技术问题而提供一种快速图像配准及标定方法及实现该方法的系统。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下一种快速图像配准及标定方法，包括以下步骤
步骤1 选择成像定标点，采集其基准图像和待配准图像并存储；
步骤2 分别在所述基准图像和所述待配准图像中确定成像定标点的坐标，计算仿射变换的缩放参数和偏移量；
步骤3 仿射变换，根据步骤2中的缩放参数和偏移量计算所述基准图像的像素在所述待配准图像中的坐标；
步骤4 图像配准，根据所述步骤3中得到的坐标从所述存储的待配准图像中读取相应的所述待配准图像像素，并将其与所述基准图像像素相与，得到配准图像的码流。
进一步的，所述步骤1具体为
步骤1. 1 搭建带有4个成像定标点A、B、C、D为成像目标的图像采集平台，拍摄待配准图像和基准图像；
步骤1. 2 将所述待配准图像存储，并找到每一帧待配准图像的起始位置；
步骤1. 3 分离出每一行和每一列的起始段，在每一帧内对行计数，从1到576，在每一行内对列计数，从1到720，丢掉待配准图像的帧头、行头、帧尾；
步骤1. 4 将各行列的有效像素分别存入FPGA中的存储块，图像处理板中的FPGA 划分出3个存储块01、02、03，分别存储3帧待配准图像；
进一步的，所述步骤2具体为
步骤2. 1 将采集的所述4个成像定标点在所述待配准图像中的的坐标(xa，ya)、 (xb, yb)、(x。，yc)、(xd，yd)，在所述基准图像中的坐标为 OC , ya' )、(xb'，y/ )、(xc'， yc' )>(xd'，yd')，设定所述仿射变换的缩放参数为RHXp RHYp RVXp RVY1,所述仿射变换的水平方向和垂直方向的偏移量为LpC1,以A、B、C点的坐标构建如下方程组，
权利要求
1.一种快速图像配准及标定方法，其特征在于包括以下步骤 步骤1 选择成像定标点，采集其基准图像和待配准图像并存储；步骤2 分别在所述基准图像和所述待配准图像中确定成像定标点的坐标，计算仿射变换的缩放参数和偏移量；步骤3 仿射变换，根据步骤2中的缩放参数和偏移量计算所述基准图像的像素在所述待配准图像中的坐标；步骤4 图像配准，根据所述步骤3中得到的坐标从所述存储的待配准图像中读取相应的所述待配准图像像素，并将其与所述基准图像像素相与，得到配准图像的码流。
2.根据权利要求1所述的一种快速图像配准及标定方法，其特征在于所述步骤1具体为步骤1. 1 搭建带有4个成像定标点A、B、C、D为成像目标的图像采集平台，拍摄待配准图像和基准图像；步骤1. 2 将所述待配准图像存储，并找到每一帧待配准图像的起始位置； 步骤1. 3 分离出每一行和每一列的起始段，在每一帧内对行计数，从1到576，在每一行内对列计数，从1到720，丢掉待配准图像的帧头、行头、帧尾；步骤1. 4 将各行列的有效像素分别存入FPGA中的存储块，图像处理板中的FPGA划分出3个存储块D1、D2、D3，分别存储3帧待配准图像。
3.根据权利要求2所述的一种快速图像配准及标定方法，其特征在于所述步骤2具体为步骤2. 1 将采集的所述4个成像定标点在所述待配准图像中的的坐标(xa，ya)、(xb, yb)、(x。，y。)、(xd，yd)，在所述基准图像中的坐标为(V ,ya' )>(xb'，yb' )>(xc' ,ij )、 (xd'，yd')，设定所述仿射变换的缩放参数为RHXp RHYp RVXp RVY1,所述仿射变换的水平方向和垂直方向的偏移量为Lp C1，以A、B、C点的坐标构建如下方程组，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, 求解所述方程组得到RHXp RHY1, RVX1, RVY1,同样以B、C、D点的坐标构建方程组
4.根据权利要求1所述的一种快速图像配准及标定方法，其特征在于所述步骤3具体为步骤3. 1 根据步骤2中拍摄基准图像的相机的变焦倍数，读出步骤2中相应的缩放参数和偏移量参数；步骤3.2 分析基准图像的制式，找到每一帧基准图像的起始位置，分离出每一行的起始段，保留基准图像的帧头、行头和帧尾，在各行列的有效像素通过之前6个时钟周期， 根据6个参数RHX、RHY、RVX、RVY、L、C计算基准图像某像素在待配准图像中相应像素的坐标；步骤3. 3 根据下列方程组得到所述基准图像中像素在所述待配准图像中相应的像素的坐标，,=0原始'*2-45 (23御馳‘310)少变换b原始2-670 (336 #y原始，623)所述yg^为基准图像的行坐标，所述为变换以后的坐标，J X1 = RHX * X1 '+RHY * γ1 '+L } γ1 = RVX * X1 '+RVY * y,'+C所述(X1'，y/ )为基准图像中某点变换后的坐标，所述(Xpy1)为待配准图像中相应像素的坐标。
5.根据权利要求4所述的一种快速图像配准及标定方法，其特征在于所述待配准图像中相应像素的坐标(Xl，Y1)如果不是整数，需要对像素插值，具体如下所述待配准图像的像素坐标的行坐标在1到576范围内，所述待配准图像的像素坐标的列坐标在1到720范围内，则舍去小数部分，仅取整数部分，然后将经过上述处理后的行坐标进行根据如下方程组反变换，=t ^+1V2"1 (y原始是奇数) 变换始/2+287 (y原始是偶数)所述ygfe为待配准图像的行坐标，所述为变换以后的坐标；所述待配准图像的像素坐标的行坐标小于1大于576，所述待配准图像的像素坐标的列坐标小于1大于720，则重新仿射变换取得相应的待配准图像的像素坐标。
6.根据权利要求5所述的一种快速图像配准及标定方法，其特征在于所述步骤4具体为从FPGA内部的存储块中寻址到待配准图像中的像素，并将其8位像素值与相应的基准图像像素值相与，得到配准图像的码流。
7.根据权利要求6所述的一种快速图像配准及标定方法，其特征在于所述“从FPGA 内部的存储块中寻址到待配准图像中的像素”具体为按一定的顺序从3个存储块中读取待配准图像。
8.根据权利要求7所述的一种快速图像配准及标定方法，其特征在于所述“按一定的顺序从3个存储块中读取待配准图像”具体为当读写状态机正在将待配准图像写入Dl时， 从D3中寻址，此时处于Sl状态；当读写状态机正在将待配准图像写入D2时，从Dl中寻址，此时处于S2状态；当读写状态机正在将待配准图像写入D3时，读状态机从D2中寻址，此时处于S3状态。
9.根据权利要求1至8任一项所述的快速图像配准及标定方法，其特征在于还包括步骤6，判断配准图像是否准确，如果不准确，则返回步骤1。
10.一种实现权利要求1至9任一项所述的快速图像配准及标定方法的系统，其特征在于包括图像采集模块、图像存储模块、图像处理模块，所述图像采集模块，用于基准图像和待配准图像的采集；所述图像存储模块，用于存储所述图像采集模块采集的图像；所述图像处理模块，包括图像仿射变换模块和图像配准模块，所述图像仿射变换模块，用于对所述图像存储模块中的图像进行仿射变换；所述图像配准模块，用于将经仿射变换后的图像进行配准。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于所述图像采集模块包括用于采集待配准图像的第一相机，用于采集基准图像的第二相机，用于固定所述第一相机和所述第二相机的固定支架，以及带有成像定标点的成像目标，所述的待成像平面与所述第一相机和所述第二相机的镜面平行。
12.根据权利要求10所述的系统，其特征在于所述图像处理模块还包括像素差值模块以及参数提取模块，所述参数提取模块，用于采集所述仿射变换的缩放参数及偏移量参数； 所述像素差值模块，用于对不是整数的仿射变换后的图像的像素坐标进行像素差值， 以便于从所述图像存储模块中找到相应的图像像素。
全文摘要
本发明涉及一种快速图像配准及标定方法，其特征在于包括以下步骤步骤1选择成像定标点，采集其基准图像和待配准图像并存储；步骤2分别在所述基准图像和所述待配准图像中确定成像定标点的坐标，计算仿射变换的缩放参数和偏移量；步骤3仿射变换，根据步骤2中的缩放参数和偏移量计算所述基准图像的像素在所述待配准图像中的坐标；步骤4图像配准，根据所述步骤3中得到的坐标从所述存储的待配准图像中读取相应的所述待配准图像像素，并将其与所述基准图像像素相与，得到配准图像的码流。本发明还涉及一种实现快速图像配准及标定方法的系统。
文档编号G06T7/00GK102542569SQ20111043365
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月21日 优先权日2011年12月21日
发明者商凯, 王建辉, 王文涵, 王斌, 金明智, 钟胜 申请人:武汉市兑尔科技有限公司