基于DM642圖像處理平臺的圖像配準(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、疊加的過程,它已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于遙感數(shù)據(jù)分析、計算機視覺,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的方法,如Harris角點。本文針對上述兩類方法中的算法進(jìn)行了重點研究。1.針對平移變換的配準(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未知量。這種算法是基于區(qū)域的,因此沒有檢測特征的步驟,直接對圖像進(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,它包括基于先驗信息的自動前景提取算法和自檢測模板匹配算法。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)域中的對應(yīng)區(qū)域

3、進(jìn)行模板匹配。這種方法既在計算量上比針對整幅圖像的方法有改善,同時在精確度上也比傳統(tǒng)的塊匹配方法更加可靠。2.針對更加復(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,需要通過特征檢測算子首先找到特征點,Harris角點是一種經(jīng)典的特征檢測算子,它對光照變化和旋轉(zhuǎn)變換穩(wěn)定,但是對復(fù)雜的變化不穩(wěn)定。為了對存在尺度變換的圖像進(jìn)行配準(zhǔn),本文將Harris角點擴(kuò)展到尺度空間,使其具備尺度不變性。為了對仿射變換的圖像進(jìn)行配準(zhǔn),對尺度

4、不變點進(jìn)行仿射形態(tài)修改直到收斂,使其具備仿射不變性。獲得這些特征點后,使用通用的特征點描述符和匹配算法獲得匹配點,然后使用匹配點計算幾何變換矩陣,從而完成對不同視角的圖像的配準(zhǔn)。實驗結(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和更小的匹配圖像差。近年來,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)給人們的生活帶來了便利。DSP技術(shù)近年來的高速發(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,搭建了一套基于DM642 DSP的具有可見光和紅外光兩種不同成像傳感器的數(shù)字圖像處理實驗平臺。該實驗平臺由多個部分構(gòu)成,其中包括基于DM642 DSP的實驗評估板,另外還有可見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典型的圖像處理硬件平臺,基于該套系統(tǒng)實現(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,紅外攝像機多應(yīng)用于軍事,搭載于飛機,衛(wèi)星等移動平臺,考慮到非制冷探測器能使靈敏度達(dá)到足以在一公里之外成像的水平,其配備的光學(xué)鏡頭一般都是對抖動非常敏感的長焦鏡頭,這種特殊的應(yīng)用環(huán)境決定了其采集圖像的特性,因此必須首先對其采集的圖像進(jìn)行穩(wěn)像。本系統(tǒng)針對常見的平移變換,首先利用前景提取,模板匹配等方法對紅外圖像進(jìn)

7、行了穩(wěn)像；然后對由用戶框定的目標(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；最后利用實驗評估板的串口通過云臺控制協(xié)議控制云臺實現(xiàn)對目標(biāo)區(qū)域的隨動。2.雙目圖像配準(zhǔn)系統(tǒng)。雙目視覺也稱立體視覺,它最大限度地模擬人類視覺原理,基本原理是從兩個視點觀察同一景物,以獲取在不同視角下的圖像,通過三角測量原理計算圖像像素之間的位置偏差來獲取景物的三維信息。這一過程與人類視覺的立體感知過程類似。當(dāng)兩個攝像頭以一定角度對同一物體進(jìn)行成