1.一种基于亚像素相位相关检测的快速反射镜稳像装置,其特征在于:包括探测器和图像相关处理单元;
探测器处于光电稳定跟踪平台的成像光路中,光电稳定跟踪平台快速反射镜反射的光学信号汇聚在探测器上;
探测器将采集的图像信号输出给图像相关处理单元,并在图像相关处理单元中缓存;图像相关处理单元将输入的图像与缓存的前一帧图像进行亚像素级的图像相位互相关计算,得到两帧图像的全局运动矢量;图像相关处理单元根据得到的全局运动矢量和光电稳定跟踪平台光学系统参数,计算得到引起两帧图像位移的偏转角度;
图像相关处理单元将计算得到的偏转角度输出给光电稳定跟踪平台中快速反射镜的控制模块,控制模块驱动快速反射镜偏转。
2.根据权利要求1所述一种基于亚像素相位相关检测的快速反射镜稳像装置,其特征在于:探测器采用CCD/CMOS探测器,图像相关处理单元为基于FPGA的图像相关处理单元。
3.根据权利要求2所述一种基于亚像素相位相关检测的快速反射镜稳像装置,其特征在于:基于FPGA的图像相关处理单元由图像预处理单元、帧缓存模块、图像FFT变换模块、图像iFFT变换模块和软核模块组成。
4.根据权利要求3所述一种基于亚像素相位相关检测的快速反射镜稳像装置,其特征在于:基于FPGA的图像相关处理单元中,采用快速傅里叶变换的方法实现两帧图像的实时相关运算,采用在FPGA内部调用软核的方法,在软核内部计算两帧图像的互相关谱以及计算全局运动矢量。
5.利用权利要求4所述装置进行基于亚像素相位相关检测的快速反射镜稳像方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤1:基于FPGA的图像相关处理单元从CCD/CMOS探测器读取第N帧图像信息,当N=1时,该帧图像存入缓存中,作为参考帧;当N=2,3,…时,该帧图像作为本次图像处理流程的当前帧,并存入缓存中作为下一次图像处理流程的参考帧;
步骤2:基于FPGA的图像相关处理单元对当前帧进行暗电流校正、增益校正、滤波处理,消除图像噪声;
步骤3:基于FPGA的图像相关处理单元对当前帧和参考帧进行采样,并进行快速傅里叶变换;利用FPGA内部的软核计算快速傅里叶变换后的当前帧和参考帧的互相关谱;基于FPGA的图像相关处理单元对互相关谱进行反傅立叶变换后再送入软核,在软核内计算当前帧和参考帧的整像素全局运动矢量;
步骤4:依据整像素全局运动矢量,选取当前帧和参考帧重叠的部分进行插值,对插值后的两帧图像再进行快速傅里叶变换;利用FPGA内部的软核计算快速傅里叶变换后的两帧插值图像的互相关谱;基于FPGA的图像相关处理单元对互相关谱进行反傅立叶变换后再送入软核,在软核内计算插值后的两帧图像的亚像素运动矢量;
步骤5:根据整像素全局运动矢量和亚像素运动矢量加权计算得到当前帧和参考帧的亚像素全局运动矢量。
6.根据权利要求5所述一种基于亚像素相位相关检测的快速反射镜稳像方法,其特征在于:步骤3计算当前帧和参考帧的整像素全局运动矢量的具体过程为:
对当前帧f(x,y)和参考帧g(x,y)进行n倍下采样得到f′(x,y)和g′(x,y);再对f′(x,y)和g′(x,y)进行FFT变换后得到F(u,v)和G(u,v);在FPGA内部调用软核根据公式
计算互功率谱,其中G*(u,v)为G(u,v)的复共轭,|·|表示取模;
在FPGA内部对互功率谱P(u,v)进行反傅立叶变换后再送入软核,在软核内计算当前帧和参考帧的整像素全局运动矢量。
7.根据权利要求5所述一种基于亚像素相位相关检测的快速反射镜稳像方法,其特征在于:步骤5中根据整像素全局运动矢量和亚像素运动矢量加权计算得到当前帧和参考帧的亚像素全局运动矢量的具体过程为:
根据公式
计算得到亚像素全局运动矢量Δ(x,y),其中Δ(Delta_nx,Delta_ny)为整像素全局位移矢量,Δsub(Delta_mx,Delta_my)为亚像素运动矢量;m为步骤4中的插值倍数,n为步骤3中的下采样倍数。