基于DM642圖像處理平臺(tái)的圖像配準(zhǔn)算法研究.pdf

1、圖像配準(zhǔn)是圖像處理中的重要領(lǐng)域,它是指尋找一種變換,將不同時(shí)間、不同傳感器(成像設(shè)備)或不同條件下(天候、照度、攝像位置和角度等)獲取的兩幅或多幅圖像進(jìn)行匹配、疊加的過(guò)程,它已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于遙感數(shù)據(jù)分析、計(jì)算機(jī)視覺(jué),醫(yī)學(xué)圖像處理等領(lǐng)域。圖像配準(zhǔn)的方法有很多種,大致可以分為兩類,一類是基于區(qū)域的方法,如模板匹配的方法；另一類是基于特征點(diǎn)的方法,如Harris角點(diǎn)。本文針對(duì)上述兩類方法中的算法進(jìn)行了重點(diǎn)研究。1.針對(duì)平移變換的配準(zhǔn)算法,平

2、移變換是剛體變換的一種,它的變換矩陣有兩個(gè)未知量。這種算法是基于區(qū)域的,因此沒(méi)有檢測(cè)特征的步驟,直接對(duì)圖像進(jìn)行處理,傳統(tǒng)的方法應(yīng)用傅立葉變換的平移性質(zhì)以及塊匹配的方法,但由于這類方法都是直接對(duì)整幅圖像進(jìn)行處理,使得效率很低下。本文中提出了一種改進(jìn)的平移配準(zhǔn)算法,它包括基于先驗(yàn)信息的自動(dòng)前景提取算法和自檢測(cè)模板匹配算法。這種方法首先在圖像中提取出感興趣的前景區(qū)域,然后在該區(qū)域選擇灰度特征具有足夠區(qū)分度的模板與其他圖像的前景區(qū)域中的對(duì)應(yīng)區(qū)域

3、進(jìn)行模板匹配。這種方法既在計(jì)算量上比針對(duì)整幅圖像的方法有改善,同時(shí)在精確度上也比傳統(tǒng)的塊匹配方法更加可靠。2.針對(duì)更加復(fù)雜的尺度變換和仿射變換的配準(zhǔn)算法,這種方法屬于基于特征的類型,需要通過(guò)特征檢測(cè)算子首先找到特征點(diǎn),Harris角點(diǎn)是一種經(jīng)典的特征檢測(cè)算子,它對(duì)光照變化和旋轉(zhuǎn)變換穩(wěn)定,但是對(duì)復(fù)雜的變化不穩(wěn)定。為了對(duì)存在尺度變換的圖像進(jìn)行配準(zhǔn),本文將Harris角點(diǎn)擴(kuò)展到尺度空間,使其具備尺度不變性。為了對(duì)仿射變換的圖像進(jìn)行配準(zhǔn),對(duì)尺度

4、不變點(diǎn)進(jìn)行仿射形態(tài)修改直到收斂,使其具備仿射不變性。獲得這些特征點(diǎn)后,使用通用的特征點(diǎn)描述符和匹配算法獲得匹配點(diǎn),然后使用匹配點(diǎn)計(jì)算幾何變換矩陣,從而完成對(duì)不同視角的圖像的配準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示本文提出的改進(jìn)Harris算子可以獲得比SIFT算子更加精確的匹配點(diǎn)和更小的匹配圖像差。近年來(lái),隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展,迅速發(fā)展的多媒體技術(shù)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用,特別是其中的視頻采集處理技術(shù)給人們的生活帶來(lái)了便利。DSP技術(shù)近年來(lái)的高速發(fā)展為圖像

5、處理技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供了很大的幫助,TI公司推出的TMS320DM642數(shù)字媒體處理器是專門針對(duì)視頻處理應(yīng)用的DSP,它具有很豐富的硬件外設(shè)和為出色的處理性能,本文將圖像處理技術(shù)和DSP技術(shù)結(jié)合起來(lái),搭建了一套基于DM642 DSP的具有可見(jiàn)光和紅外光兩種不同成像傳感器的數(shù)字圖像處理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由多個(gè)部分構(gòu)成,其中包括基于DM642 DSP的實(shí)驗(yàn)評(píng)估板,另外還有可見(jiàn)光攝像頭和紅外線攝像頭,提供輸入顯示的液晶電視。所有的這些硬件

6、組合在一起形成了一個(gè)典型的圖像處理硬件平臺(tái),基于該套系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了上述兩種圖像處理算法。1.單目穩(wěn)像目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)。由于紅外成像的特點(diǎn),紅外攝像機(jī)多應(yīng)用于軍事,搭載于飛機(jī),衛(wèi)星等移動(dòng)平臺(tái),考慮到非制冷探測(cè)器能使靈敏度達(dá)到足以在一公里之外成像的水平,其配備的光學(xué)鏡頭一般都是對(duì)抖動(dòng)非常敏感的長(zhǎng)焦鏡頭,這種特殊的應(yīng)用環(huán)境決定了其采集圖像的特性,因此必須首先對(duì)其采集的圖像進(jìn)行穩(wěn)像。本系統(tǒng)針對(duì)常見(jiàn)的平移變換,首先利用前景提取,模板匹配等方法對(duì)紅外圖像進(jìn)

7、行了穩(wěn)像；然后對(duì)由用戶框定的目標(biāo)圖像進(jìn)行一系列預(yù)處理,使用模板匹配的方法定位目標(biāo)在圖像中的位置；最后利用實(shí)驗(yàn)評(píng)估板的串口通過(guò)云臺(tái)控制協(xié)議控制云臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)區(qū)域的隨動(dòng)。2.雙目圖像配準(zhǔn)系統(tǒng)。雙目視覺(jué)也稱立體視覺(jué),它最大限度地模擬人類視覺(jué)原理,基本原理是從兩個(gè)視點(diǎn)觀察同一景物,以獲取在不同視角下的圖像,通過(guò)三角測(cè)量原理計(jì)算圖像像素之間的位置偏差來(lái)獲取景物的三維信息。這一過(guò)程與人類視覺(jué)的立體感知過(guò)程類似。當(dāng)兩個(gè)攝像頭以一定角度對(duì)同一物體進(jìn)行成