专利名称：图像配准装置及方法
技术领域：
本发明涉及图像识别处理领域，尤其是涉及一种图像配准装置及相关方法。
背景技术：
图像配准过程是指对取自不同时间、不同传感器或不同视角的同一场景的两幅以上图像进行匹配的过程。在视频各帧图像之间相对空间变化的几何参数的获取技术应用领域非常广泛，比如遥感图像分析、全景漫游、目标识别以及定位等。这种技术成为图像配准。图像匹配是图像配准中最为重要的步骤，匹配的质量将直接影响最终的配准精度及运行时间。一般将原始图称为模板，将待配准的图称为实时图。在景象配准领域实时图像相对于模板在空间的位置一般由几个参数来确定，它们是χ方向平移参数、Y方向平移参数、旋转参数、倾斜参数、缩放参数。在实际配准过程中为了找到最优参数，往往要做各种参数的穷举。尽管有许多方法可以降低计算量，但从原理上来说任何降低计算量的方法都是有代价的。一般在做配准计算时都是以一个子图作为计算对象，称为窗口。典型的配准方法是通过计算模板窗口和实时图窗口的卷积来判断配准程度。在确定了一组假定参数后做实时图与模板对应窗口的卷积计算。卷积计算就是乘累加计算。如果卷积计算的结果超过一个规定值，就说明配准成功，找到了配准参数。为了提高计算速度，硬件可以采用多乘累加器的方式来提高并行性。这里说的硬件在这里是指集成电路设计，但也可以是一般电路设计。多路乘累加器并发计算的典型结构如图1所示。图1的方案中，在η个模板存储器中存有多个模板存储器的拷贝。η个模板同时按照不同的参数读出数据，然后同时与实时图做配准计算。接着通过比较器比较，找出配准结果最优者，其对应的空间参数就找到的最佳配准结果。此方案中一个最大的困难就是需要有η个模板存储器。当η值较大时成本很高且实施工艺难度很大。因为除了存储器增加会方案成本增加外，更重要的是需要大量的从各个模板存储器到乘累加器之间的连线。因为 η个乘累加器一般都是做在一片集成电路中，存储器做在集成电路外，那么集成电路引出线的数量就成了集成电路实现的一大难点，甚至当η太大时集成电路都无法实现了。
发明内容
本发明主要是解决现有技术所存在的配准计算速度慢，精度低，集成电路设计困难以及运算量与匹配准确度难以兼顾的技术问题，提供一种只需少量集成电路引线又有较高匹配准确度、较高计算速度的图像配准装置及方法。本发明针对上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的一种图像配准装置，用于从模板中查找待配准图像对应的相对空间位置参数，它包括模板存储器，用于存储进行配比操作的模板数据；
实时存储器，用于存储进行配比操作的待配准图像数据；数据派发部件，用于按照各个乘累加器(MAC)的工作分配选择不同的变换参数， 并将变换参数和从模板存储器中取出的模板数据窗口发送给相应的MAC ；若干个乘累加器(MAC)，每个乘累加器执行一组变换参数的计算任务，即根据变换参数调整模板数据窗口，并对待配准图像数据窗口和调整以后的模板数据窗口作卷积运算，待配准图像数据窗口从实时存储器中取得；比较器，用于将各乘累加器的运算结果进行比较，找出最大值。模板存储器连接数据派发部件，数据派发部件与乘累加器连接。作为优选，图像配准装置还包括缓冲寄存器，所述缓冲寄存器串联在实时存储器和乘累加器之间，用于存储将要进行匹配计算的数据，以便使待配准图像数据窗口与模板数据窗口同步。作为优选，所述数据派发部件包括选择信号库、数据寄存器和与各个MAC对应的选择器，所述选择信号库分别与所述选择器连接。选择信号库根据各个乘累加器的任务提供变换参数以及各个选择器的控制信号，使选择器选择本MAC所需的数据。所述数据寄存器分别与所述选择器和所述模板存储器连接。比较器用于寻找各个乘累加器运算的结果中最大者。它以总线的方式与所有乘累加器连接，这样可以减少乘累加器与比较器之间一一对应的连线，降低了集成电路的复杂程度。一种图像配准方法，包括以下步骤步骤a、数据派发部件从模板数据中按照基础参数提取一个模板数据窗口送入数据派发部件。所谓基础参数就是在做本方案的配准计算之前所获知的参数估计值，本方案在此基础上进一步做精匹配；步骤b、数据派发部件根据各个乘累加器的分工，选择不同的变换数据，并将模板数据窗口和变换数据发送给相应的乘累加器，选择过程由选择信号库根据预先设计并存储在本库中的选择信号控制选择器完成；步骤C、实时存储器从待配准图像数据中选取与模板数据窗口形状相同的待配准图像数据窗口发送给各个乘累加器；步骤d、每个乘累加器对接收到的模板数据窗口和待配准图像数据窗口做卷积运算，运算结果依次发送给比较器；步骤e、比较器将各乘累加器发送过来的运算结果进行比较，选出最大者，并将求得最大值的乘累加器所对应的MAC编号作为配准结果输出，通过MAC编号可以确定待配准图像与模板的空间几何关系。作为优选，所述变换的参数包括旋转、平移、缩放和倾斜。作为优选，所述旋转角度包括0°、15°、30°、-15°和-30°。作为优选，所述平移包括不移、左移一个单位、右移一个单位、上移一个单位和下移一个单位。作为优选，所述缩放包括不变、缩小25%和放大25%。作为优选，所述倾斜角度包括-15°、0°和15°本发明带来的实质性效果是，可以高速获取图像配准参数，使用最少的集成电路引腿数来支持多个乘累加器025个)运算所需数据，简化集成电路设计，匹配准确度高。
图1是现有的图像配准电路的一种电路模块图；图2是本发明的一种电路模块图；图3是本发明的数据派发部件的一种硬件结构图；图中1、模板存储器，2、实时存储器，3、乘累加器，4、比较器，5、数据派发部件，6、
缓冲寄存器，51、选择信号库，53、选择器，M、数据寄存器。
具体实施例方式下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。实施例一种图像配准装置，如图2所示，包括模板存储器1、实时存储器2、数据派发部件5、缓冲寄存器6、比较器4和225个乘累加器3。模板存储器通过数据派发部件连接各个乘累加器，实时存储器通过缓冲寄存器连接各个乘累加器，比较器通过总线连接各个乘累加器。如图2所示，数据派发部件包括选择信号库51、数据寄存器M和若干个选择器 53，选择信号库分别与参数寄存器和选择器连接，数据寄存器分别与选择器和模板存储器连接。上述装置的图像配准方法包括以下步骤步骤a、数据派发部件从模板数据中按照基础参数提取一个模板数据窗口送入数据派发部件。所谓基础参数就是在做本方案的配准计算之前所获知的参数估计值，本方案在此基础上进一步做精匹配；步骤b、数据派发部件根据各个乘累加器的分工，选择不同的变换数据，并将模板数据窗口和变换数据发送给相应的乘累加器，选择过程由选择信号库根据预先设计并存储在本库中的选择信号控制选择器完成；步骤C、实时存储器从待配准图像数据中选取与模板数据窗口形状相同的待配准图像数据窗口发送给各个乘累加器；步骤d、每个乘累加器对接收到的模板数据窗口和待配准图像数据窗口做卷积运算，运算结果依次发送给比较器；步骤e、比较器将各乘累加器发送过来的运算结果进行比较，选出最大者，并将求得最大值的乘累加器所对应的MAC编号作为配准结果输出，通过MAC编号可以确定待配准图像与模板的空间几何关系。变换的参数包括旋转、平移、缩放和倾斜。旋转角度包括0°、15°、30°、-15° 和-30°。平移包括不移、左移一个单位、右移一个单位、上移一个单位和下移一个单位。缩放包括不变、缩小25%和放大25%。倾斜角度包括-15°、0°和15°寻找最优参数的过程是这样的首先根据基准参数从模板存储器中读取比较窗口数据，数据派发部件在此基准参数的基础上做各种参数微调的组合，然后根据各个乘累加器的分工按照参数微调的规则从数据寄存器中提取数据并发送给相应的乘累加器。各个MAC(乘累加器)共同将所有参数组合的计算完成。对于每一种参数组合，每一个MAC都有一种像素数据选择方案，这个方案预先存在选择信号库中。选择信号库保存有每个MAC的多路选择器的选择器控制信号。对于每组参数组合，顺序执行完这225组数据的卷积，然后将各个MAC的计算结果都顺序送至比较器。比较器总是保存计算结果中的最大值和与之对应的乘累加器编号，通过乘累加器编号可以知道参数组合。由于采用多达225个MAC共同处理所有的参数组合，所以速度比单一 MAC快很多倍。本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。尽管本文较多地使用了数据派发部件、模板存储器等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
权利要求
1.一种图像配准装置，用于从模板中查找待配准图像对应的位置，其特征在于，它包括模板存储器，用于存储进行配比操作的模板数据； 实时存储器，用于存储进行配比操作的待配准图像数据；数据派发部件，用于按照各个乘累加器的工作分配选择不同的变换参数，并将变换参数和从模板存储器中取出的模板数据发送给相应的乘累加器；若干个乘累加器，每个乘累加器执行一组变换参数的计算任务，即根据变换参数调整模板数据，并对待配准图像数据和调整以后的模板数据作卷积运算，待配准图像数据从实时存储器中取得；比较器，用于将各乘累加器的运算结果进行比较，找出最大者。
2.根据权利要求1所述的图像配准装置，其特征在于，还包括缓冲寄存器，所述缓冲寄存器串联在实时存储器和乘累加器之间，用于使实时数据与模板数据同步。
3.根据权利要求1或2所述的图像配准装置，其特征在于，所述数据派发部件包括选择信号库、数据寄存器和与各个乘累加器对应的选择器，所述选择信号库分别与所述选择器连接，所述数据寄存器分别与所述选择器和所述模板存储器连接。
4.一种图像配准方法，其特征在于，包括以下步骤步骤a、数据派发部件从模板数据中按照基础参数提取一个模板数据窗口送入数据派发部件；步骤b、数据派发部件根据各个乘累加器的分工，选择不同的变换数据，并将模板数据窗口和变换数据发送给相应的乘累加器，选择过程由选择信号库根据预先设计并存储在本库中的选择信号控制选择器完成；步骤C、实时存储器从待配准图像数据中选取与模板数据窗口形状相同的待配准图像数据窗口发送给各个乘累加器；步骤d、每个乘累加器对接收到的模板数据窗口和待配准图像数据窗口做卷积运算，运算结果依次发送给比较器；步骤e、比较器将各乘累加器发送过来的运算结果进行比较，选出最大者，并将求得最大值的乘累加器所对应的MAC编号作为配准结果输出，通过MAC编号可以确定待配准图像与模板的空间几何关系。
5.根据权利要求4所述的图像配准方法，其特征在于，所述变换的参数包括旋转、平移、缩放和倾斜。
6.根据权利要求5所述的图像配准方法，其特征在于，所述旋转角度包括0°、15°、 30° ,-15° 和-30°。
7.根据权利要求5所述的图像配准方法，其特征在于，所述平移包括不移、左移一个单位、右移一个单位、上移一个单位和下移一个单位。
8.根据权利要求5所述的图像配准方法，其特征在于，所述缩放包括不变、缩小25%和放大25%。
9.根据权利要求5所述的图像配准方法，其特征在于，所述倾斜角度包括-15°、0°和 15°。
全文摘要
本发明公开了一种图像配准装置及方法，旨在提供一种结构简单、计算速度快的图像配准装置及其方法。它包括模板存储器，用于存储进行配比操作的模板数据；实时存储器，用于存储进行配比操作的待配准图像数据；数据派发部件，用于按照各个乘累加器的分工选择不同的变换参数，并将变换参数和从模板存储器中取出的模板数据窗口发送给相应的乘累加器；若干个乘累加器，每个乘累加器根据变换参数调整模板数据窗口，并对待配准图像数据窗口和调整以后的模板数据窗口作卷积运算，待配准图像数据窗口从实时存储器中取得；比较器，用于将各乘累加器的运算结果进行比较，找出最大值。本发明适用于所有的需要图像配准的场合。
文档编号G06T7/00GK102521826SQ20111037203
公开日2012年6月27日 申请日期2011年11月22日 优先权日2011年11月22日
发明者汤建翔, 鞠怡明 申请人:苏州科雷芯电子科技有限公司