一种基于可变基点阵列的声热图像融合算法的制作方法

本发明涉及声热图像融合算法，具体为一种基于可变基点阵列的声热图像融合算法。

背景技术：

1、图像融合是指将多源信道所采集到的关于同一目标的图像数据经过图像处理和计算机技术等，最大限度的提取各自信道中的有利信息，最后综合成高质量的图像，以提高图像信息的利用率、改善计算机解译精度和可靠性、提升原始图像的空间分辨率和光谱分辨率，利于监测。

2、但是现有的声信号与图像融合技术都是基于固定基点的波束形成算法，当需要同时与可见光和热成像图像信号融合时，无法做到并行运算效率低，此外由于阵列与图像传感器的位置原因导致偏差大。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于可变基点阵列的声热图像融合算法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、本申请实施例采用下述技术方案：

3、一种基于可变基点阵列的声热图像融合算法，将若干超声传感器以螺旋阵列的形式排布组成超声传感器阵列，将可见光镜头设置在螺旋阵列的中心处，将红外成像模组设置在螺旋阵列的下侧，并将超声传感器、可见光镜头、红外成像模组均通信连接至同一个fpga图像处理模块；所述fpga图像处理模块接收超声传感器、可见光镜头、红外成像模组采集的数据进行图像融合，所述fpga图像处理模块进行图像融合的过程为：所述fpga图像处理模块利用通过多个呈螺旋阵列排布的超声传感器采集的数据采用波束形成算法确定扫描平面声场强度，当与可见光图像进行融合时将靠近可见光镜头处的数字麦克风作为第一参考阵元，以第一参考阵元为基准计算声场强度得到声强矩阵，将矩阵向上平移，通过平移使其与可见光镜头坐标位置重合，将平移后的声场强度信息与可见光图像像素数据叠加从而得到声像；当与红外热成像图像融合时将靠近红外成像模组处数字麦克风作为第二参考阵元，以第二参考阵元为基准计算声场强度得到声强矩阵，将矩阵向下平移并与红外热成像温度数据叠加从而得到声热融合图像，按照如下公式，半径r以米为单位分别取值0.012、0.021、0.030、0.040、0.051、0.063、0.074，得到超声传感器螺旋阵列：

4、

5、

6、其中x、y分别代表横、纵坐标，θ代表圆的等分角度，j代表不同圆的标号。

7、有益效果：

8、该算法提出了一种同时集成可见光镜头和红外成像模组的超声传感器，并基于该超声传感器给出了变化基点的图像融合算法，解决了原有算法效率低及偏差大的问题，并实现了可见光声图像和红外声图像同时显示的效果。

9、优选的，分别选择靠近可见光镜头和红外成像模组的阵元作为参考阵元，由此第一参考阵元及第二参考阵元的坐标分别为(0.012，0.011)(0.012，0.004)。

10、优选的，所述s(t)为窄带信号模型，以n表示阵元编号，θ为声信号入射角，d为阵元间距，xn(t)为第n个阵元信号模型，表达式如下：

11、

12、其中s(t)为一个信号假设，λ为麦克风读取到的波长。

13、优选的，所述阵列信号模型可通过以下矩阵形式表示：

14、

15、增加约束条件：

16、

17、优选的，所述变基点图像融合算法为：

18、利用上述阵列信号模型，设各阵元所测结果矩阵为x，快拍数为n计算其协方差矩阵：

19、计算声压聚焦方向矢量：

20、优选的，所述其中fi为中心频率，rn为扫描矩阵,c为声速

21、计算声压矩阵：p＝|a′*r*a|。

22、优选的，所述当以第一参考阵元为基点时扫描矩阵偏移量为：

23、e-7.4*i*π

24、当以第二参考阵元为基点时扫描矩阵偏移量为：

25、e-18.6*i*π。

26、优选的，所述在以第一参考阵元为基点时阵列声强模型为：

27、

28、

29、p1＝|a′*r1*a|

30、在以第二参考阵元为基点时阵列声强模型为：

31、

32、

33、p2＝|a′*r2*a|

34、其约束条件依然为：

35、优选的，所述由以上p1和p2表达式在约束条件下，经一次阵列信号采集同时分别计算以第一参考阵元和第二参考阵元为基点的声强矩阵，声强矩阵分别与可见光图像和红外图像融合分别得到声光融合图像及声热融合图像。

技术特征：

1.一种基于可变基点阵列的声热图像融合算法，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的基于可变基点阵列的声热图像融合算法，其特征在于，分别选择靠近可见光镜头和红外成像模组的阵元作为参考阵元，由此第一参考阵元及第二参考阵元的坐标分别为(0.012，0.011)、(0.012，0.004)。

3.根据权利要求1所述的基于可变基点阵列的声热图像融合算法，其特征在于，所述s(t)为窄带信号模型，以n表示阵元编号，θ为声信号入射角，d为阵元间距，xn(t)为第n个阵元信号模型，表达式如下：

4.根据权利要求3所述的基于可变基点阵列的声热图像融合算法，其特征在于，所述阵列信号模型可通过以下矩阵形式表示：

5.根据权利要求1所述的基于可变基点阵列的声热图像融合算法，其特征在于，所述变基点图像融合算法为：

6.根据权利要求5所述的基于可变基点阵列的声热图像融合算法，其特征在于，所述其中fi为中心频率，rn为扫描矩阵,c为声速

7.根据权利要求6所述的基于可变基点阵列的声热图像融合算法，其特征在于，所述当以第一参考阵元为基点时扫描矩阵偏移量为：

8.根据权利要求7所述的基于可变基点阵列的声热图像融合算法，其特征在于，所述在以第一参考阵元为基点时阵列声强模型为：

9.根据权利要求8所述的基于可变基点阵列的声热图像融合算法，其特征在于，所述由以上p1和p2表达式在约束条件下，经一次阵列信号采集同时分别计算以第一参考阵元和第二参考阵元为基点的声强矩阵，声强矩阵分别与可见光图像和红外图像融合分别得到声光融合图像及声热融合图像。

技术总结
本发明涉及声热图像融合算法技术领域，且公开了一种基于可变基点阵列的声热图像融合算法，将若干超声传感器以螺旋阵列的形式排布组成超声传感器阵列，将可见光镜头设置在螺旋阵列的中心处，将红外成像模组设置在螺旋阵列的下侧，并将超声传感器、可见光镜头、红外成像模组均通信连接至同一个FPGA图像处理模块。该基于可变基点阵列的声热图像融合算法，提出了一种同时集成可见光镜头和红外成像模组的超声传感器，并基于该超声传感器给出了变化基点的图像融合算法，解决了原有算法效率低及偏差大的问题，并实现了可见光声图像和红外声图像同时显示的效果。

技术研发人员：李幸汶,陈关涛,王林,李秀杰,吴江,付伟杰,范家兴
受保护的技术使用者：河南宏博测控技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16