[发明专利]一种提高红外与可见光图像配准精度的方法

说明书

本申请公开了一种提高红外与可见光双波段变焦图像配准精度的方法。该方法在平行光轴同步调焦的红外与可见光双波段系统上安装了一个高精度电位器测量调焦距离，方法实现步骤如下：用双波段标定板在有限个特定距离下用仿射变换计算出特定距离下对应的配准矩阵；用插值算法对配准矩阵进行插值建立配准矩阵查找表；实际应用时，由双波段系统上的电位器得到调焦距离，在配准矩阵查找表得到配准矩阵进行配准。该方法在双波段系统调焦过程使用电位器得到调焦距离，使系统可以在全调焦距离上高精度实时配准，同时由于建立配准矩阵查找表，提高了配准速度。

技术领域

本申请涉及光电成像与数字图像处理技术领域，具体涉及一种提高红外与可见光图像配准精度的方法。

背景技术

图像配准的精度对于图像融合的质量至关重要，而红外与可见光图像的配准在图像配准领域中占据重要的地位。红外和可见光双目相机在传感器、镜头、拍摄视角等外界因素的影响下，两幅图像对同一处于世界坐标系下的物体所成的图像存在差异，除了图像灰度上的差异之外，还有图像位置的差异。这种位置差异可以用图像的几何变换来描述，比如平移、旋转、缩放、投影等线性或非线性变换。要想配准两幅图像，就要找到两幅图像之间像素坐标对应的几何关系。红外和可见光双目图像配准可以分为两大类，一类是通过光学结构与镜头的光学方法，另一类通过红外和可见光两幅图像的图像处理方法。光学方法是必要的，包括双目光学系统光轴、视场角等设计，一般设计为无穷远处配准，距离越近，配准越差，但可以作为初级配准，精确到像素级配准基本上不可能实现。图像处理方法是通过任意的两幅红外和可见光图像，通过之间如点特征、边缘特征、线段等特征的对应关系对得到线性或非线性变换矩阵，实现从一种图像与另一种图像的变换即配准。目前较为常用的特征点提取方法有SIFT、SURF、Harris角点函数等方法。这类方法在可见光图像拼接和配准方面取得了十分成功的应用，但是针对红外和可见光低照度图像这样的异源图像的提取效果不佳，容易误匹配。此外，这类算法的计算量和内存开销都比较大，难以进行实时的图像配准。另外，由于在不同的调焦距离，其配准变换矩阵不同，需要在不同的调焦距离计算不同的配准变换矩阵，计算量非常大。另外，计算方法对红外和可见光图像查找对应特征难度大、准确性低，图像处理方法难度大。

红外和可见光配准的图像处理方法一般做法是使用标定板，不仅可以实现配准，而且可以实现红外和可见光成像的畸变校正。若要对从近至远一段很长的调焦距离进行配准，需要选定几个特定调焦距离得到变换矩阵，建立变换矩阵查找表。但调焦到某一距离，使用变换矩阵查找表插值得到变换矩阵。如何获得准确的调焦距离是配准的关键。

发明内容

为解决上述问题，本申请提供了一种算法简单、适合硬件实现的提高红外与可见光图像配准精度的方法。该方法在平行光轴同步调焦的红外与可见光双波段系统上安装了一个高精度电位器测量调焦距离。

本发明的具体技术方案为：

一种提高红外与可见光图像配准精度的方法，包括以下步骤：

（1）用双波段标定板在有限个特定距离下用仿射变换计算出特定距离下对应的配准矩阵，有限个特定距离是指最近调焦距离、最远调焦距离和它们之间选取若干个距离，在某一个距离下拍摄标定板得到标定板红外与可见光图像，通过标定板上的对应特征点用仿射变换计算出对应的配准矩阵，这样得到有限个特定距离下的配准矩阵；

（2）利用插值算法将特定距离下的配准矩阵计算出每隔0.1 m距离的配准矩阵，建立配准矩阵查找表；

（3）实际应用时，由双波段系统上得到调焦距离，在配准矩阵查找表得到配准矩阵进行配准。

优选的是，所述配准矩阵通过以下方法得到：双波段标定板能够同时在红外和可见光相机中成像，并且都有明显的特征点；任意找出两幅图像中的三对特征点就可以利用仿射变换计算得到当前距离的配准矩阵；仿射变换的表达式为：

（1）

其中S 为缩放系数，旋转角度为，平移向量为，变换后的坐标为；为了计算简便，一般将其表示为：

（2）