[发明专利]一种模块化夜视成像相机

权利要求书

1.一种模块化夜视成像相机，其特征在于，包含多个相同的成像模块，一个中心图像处理单元和一个同步控制模块，每个成像模块均与中心图像处理单元和同步控制模块相连接；

所述的成像模块包括镜头、图像传感器、同步接口、畸变校正模块和图像输出模块；

图像传感器位于镜头的焦平面上，所有的成像模块平行放置，所有的成像模块的镜头轴线均指向同一方向，以确保同一目标发出的非定向光线，被每一个成像模块的镜头所接收，并成像到镜头的焦平面上；位于该焦平面的图像传感器将其接收的光线转换成电荷，再进一步转换成数字图像信号，图像传感器将该数字图像信号从图像传感器的数据接口输出至畸变校正模块；

图像传感器的数据接口与畸变校正模块连接，畸变校正模块与图像输出模块连接；畸变校正模块由数字信号处理器或者现场可编程阵列实现，利用多项式几何校正方法，对图像传感器采集的数字图像信号进行实时校正，以消除各个成像模块之间由于镜头畸变的差异引起的所采集的数字图像信号的不一致性，畸变校正模块将实时校正后的数字图像信号发给图像输出模块；

图像输出模块用于对实时校正后的数字图像信号进行封装，并将封装后的图像发往中心图像处理单元；图像输出模块由USB传输器或者以太网传输器实现；

图像传感器与同步接口相连接，该同步接口用于接收图像传感器的触发信号或者行场同步信号，所有成像模块的同步接口均与同步控制模块进行连接并由同步控制模块进行统一控制，实现所有成像模块的同步拍摄；

所述中心图像处理单元由现场可编程阵列或者GPU处理器实现，包含图像配准单元、图像叠加模块和图像数据接口；所述图像配准单元与每一成像模块的图像输出模块相连接，图像配准单元用于对每一成像模块的图像输出模块所输出的数字图像信号进行图像配准，并将配准后的结果输出至图像叠加模块，图像叠加模块与图像数据接口连接；

所述图像配准单元利用参考星匹配方法或角点匹配方法进行图像配准计算，通过提取每个成像模块的图像输出模块所输出的数字图像信号的图像特征，获得每个成像模块的配准信息；

所述图像叠加模块将图像配准单元输出的图像进行平移和旋转，以实现图像对齐，再对各个平移和旋转后的图像进行加法计算，从而获得对齐以后的和图像，作为图像叠加模块的输出；

图像叠加模块与图像输出接口连接，由图像输出接口将经加法计算后的图像转换为图像数据进行输出；所述图像输出接口为HDMI接口，或者USB接口，或者网络接口。

2.如权利要求1所述的模块化夜视成像相机，其特征在于，

所述的参考星匹配方法，将各成像模块拍摄的星象与星表中的参考星象进行特征识别匹配，获得各个成像模块的配准信息，包括每个成像模块的图像输出模块所输出的数字图像信号的平移量和旋转量。

3.如权利要求1所述的模块化夜视成像相机，其特征在于，

所述的角点匹配方法，首先对各成像模块输出的数字图像信号进行角点特征提取，提取出角点，接着从提取出的角点中提取描述子，利用局部随机二维特征对角点进行描述，然后通过各角点对应的描述子来判断角点在不同图像中的对应关系，从而获得各个成像模块的配准信息，包括每个成像模块的图像输出模块所输出的数字图像信号的平移量和旋转量。

4.如权利要求3所述的模块化夜视成像相机，其特征在于，

所述的对各成像模块输出的数字图像信号进行角点特征提取，提取出角点，其具体包括：

数字图像在像平面坐标系下的坐标为(x,y)的像素点的灰度值为I(x，y)，计算其灰度值在x轴和y轴方向上的梯度I_x和I_y，以及梯度乘积和I_xI_y，计算矩阵M，其计算公式为：

其中，二维高斯函数w(x,y)表示像素点(x,y)的窗口函数；计算每个像素点对应的Harris响应值R，其计算公式为：

R＝det(M)-k(trace(M))²，

其中，k为常数项；设置判别阈值t，得到大于阈值t的R值所对应的像素点，即为所提取的角点。

5.如权利要求1所述的模块化夜视成像相机，其特征在于，

所述加法计算，是根据随机噪声的加法原理对各个平移和旋转后的图像进行加法计算，对于图像配准单元输出的N个单元图像，若每个单元图像的信号强度是s，每个单元图像的读出噪声是r，通过加法计算后，图像叠加模块输出的和图像的信号强度是N*s，相应的总读出噪声是