[发明专利]一种双波段红外图像空域配准方法

权利要求书

1.一种双波段红外图像空域配准方法，其特征在于具体步骤为：

第一步 构建双波段红外图像空域配准系统

双波段红外图像空域配准系统，包括：模型构建模块、区域选取及特征点对标定模块、模型参数确定模块、模型验证模块和双波段红外图像配准模块；所述：

模型构建模块的功能为：构建空域配准仿射变换模型；

区域选取及特征点对标定模块的功能为：进行目标区域选择和特征点对标定；

模型参数确定模块的功能为：确定RST仿射变换模型中的参数；

模型验证模块的功能为：对配准模型进行验证；

双波段红外图像配准模块的功能为：对双波段红外图像进行配准；

第二步 模型构建模块构建空域配准仿射变换模型

双波段红外光学镜头一次成像后，后续镜组对红外图像进行球差和色差校正，图像具有较好的线性度，因此空域配准仿射变换模型构建适用于该线性度的RST仿射变换模型，即旋转-缩放-平移仿射变换模型，对红外图像进行RST仿射变换，RST仿射变换模型的表达式为：

式中：

为配准后的图像像素坐标；

S为图像缩放比例，S＝[S_X,S_Y]^T，S_X为方位缩放比，S_Y为俯仰缩放比；

为图像旋转矩阵；

θ为旋转角度；

为待配准图像像素坐标；

为像素坐标偏移量；

第三步 区域选取及特征点对标定模块进行目标区域选择和特征点对标定

区域选取及特征点对标定模块对两个波段的红外图像，以图像中心为原点建立直角坐标系，判断目标区域落入坐标系中的象限位置，从而确定该区域图像在光学镜头视场中的角度位置，完成区域选择；

区域选取及特征点对标定模块获取特征点对：P与P'、Q与Q'；

第四步 模型参数确定模块确定RST仿射变换模型中的参数

模型参数确定模块确定RST仿射变换模型中的参数：缩放比例S、旋转角度θ和平移量[△X,ΔY]^T；

缩放比例S由光学镜头两个波段视场比值决定，设基准图像波段光学镜头视场为方位ε_X1，俯仰ε_Y1；待配准图像波段视场为方位ε_X2，俯仰ε_Y2；则在方位和俯仰上的缩放比例分别为S_X＝ε_X1/ε_X2,S_Y＝ε_Y1/ε_Y2；

旋转角度θ通过特征点对(P,P')和(Q,Q')在图像中的坐标来确定，坐标为像素点在图像中的行列值；模型参数确定模块分别获取直线PQ和P'Q'的斜率：

式中：

X₁、Y₁为特征点P像素坐标；

X₁'、Y₁'为特征点P'像素坐标；

X₂、Y₂为特征点Q像素坐标；

X₂'、Y₂'为特征点Q'像素坐标；

旋转角度θ＝θ₂-θ₁，其中逆时针方向为正；

在双波段光学镜头中，入射光路经过一次成像后，由折返分光镜分成两个光路，分别进行二次成像，装调时分光镜45°安装角存在一定的误差，后续反射镜与基准面的垂直度或平行度也存在一定误差范围，这些误差带来两个光路不同轴，使得两个波段的图像存在相对位移，即模型中的平移量[△X,△Y]^T，平移量通过特征点对的坐标差值均值来确定：

式中：

△X'为特征点对方位平移量均值；

△Y'为特征点对俯仰平移量均值；

受旋转角和缩放比的影响，RST仿射变换模型平移量为：

△X＝△X'cosθ·S_X，△Y＝△Y'sinθ·S_Y (4)

第五步 模型验证模块对配准模型进行验证

模型验证模块采用两个特征点对所对应的双波段红外图像对配准模型参数进行验证：

选择第一个特征点对双波段红外图像两个波段中的其中一幅图像为基准图像，另一个波段图像为待配准图像，将已经确定的三个模型参数代入模型中，以图像中心点为坐标原点，建立直角坐标系，图像中每个像素的行列号即为该像素在图像中的坐标(X，Y)，将图像中每个像素坐标代入RST仿射变换模型中进行计算，并对计算结果进行四舍五入，得到每个像素在新图像中的坐标(X'，Y')，根据新坐标形成的图像即为配准后的图像；判定配准后的图像中第一个特征点是否与其基准图像中的相应的特征点的坐标重合，采用相同的方式对第二个特征点对的双波段红外图像进行相同的判定；

当两次判定的坐标都重合时，判定模型参数正确；当任一次判定的坐标不重合时，则重新标定特征点对，

第六步 双波段红外图像配准模块对双波段红外图像进行配准

对于需要配准图像，双波段红外图像配准模块首先确定基准图像和待配准图像，然后将待配准图像关注区域或整幅图像的像素坐标代入RST仿射变换模型中进行计算，得到每个像素在新图像中的坐标，从而获得配准后的图像；

至此，完成了双波段红外图像的空域配准。

2.如权利要求1所述的双波段红外图像空域配准方法，其特征在于：所述第三步中区域选取及特征点对标定模块采用光学成像标定的方式获取特征点对：用同一套双波段红外相机在试验台上对点源靶标进行成像，并使点源靶标图像落入目标区域，记录该双波段红外图像，得到第一个特征点对P与P'，然后调整光学镜头角度，使点源靶标在该区域另一个角度位置成像，记录对应的双波段红外图像，获取第二个特征点对Q与Q'。