CN101329453A - 一种基于光纤的大视场高分辨率成像装置及其拼接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于光纤的大视场高分辨率成像装置及其拼接方法，其特征是装置包括大视场高分辨率光学成像镜头、一分N光纤传像束、N个CCD、N路输入的图像采集卡和计算机，其中N≥2，一分N光纤传像束安装在大视场高分辨率光学成像镜头的像平面处，把大视场高分辨率的像分成N个部分，其中N光纤传像束的每一个对接着一个CCD，每个CCD分别对各个小视场成像，各个CCD通过N路输入的图像采集卡把图像输入到计算机中，计算机再把各个CCD采集的小视场图像按着固有的排列规律利用拼接算法拼接成一个高分辨率大视场的数字图像。该技术适用于空间相机和大视场监控等领域，可以快捷、高质量地获得大视场高分辨率图像。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于光纤的大视场高分辨率成像装置及其拼接方法，属于信息技术领域。
背景技术
大视场高分辨率图像在现实生活中有着广泛的应用。比如用于空间相机、运动目标检测、用于机器人导航、大场景智能监控、空对地、地对空打击、模式识别等领域。但是由于单个CCD的空间分辨率有限，所以很难获得大视场高分辨率图像。目前国内外常见方法是多个摄像头组合成一个摄像阵列，然后采用图像拼接方法。当前图像拼接方法主要是通过一定的算法搜寻相邻两幅图像中相同的对象，从而确定它们的相对位置，这就要求两幅图像中必须具有比较明显特征的同一个对象，并且要求两幅图像重叠比例也较大，还有算法耗时。还有一种是本课题组提出的按着摄像机视场重合的固定比例进行剪切的直接拼接法，这种方法要求CCD的对齐精度很高，特别是这种方法在物距变化时，拼接误差很大。还有利用光学棱镜把大视场高分辨率图像分解成几个部分，再利用CCD成像，但是这种方法分解的个数只有3个，非常有限。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种快捷、高质量获得高分辨率大视场数字图像的大视场高分辨率成像装置。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于光纤的大视场高分辨率成像装置及其拼接方法。
一种基于光纤的大视场高分辨率成像装置及其拼接方法，其特征在于装置包括大视场高分辨率光学成像镜头、一分N光纤传像束、N个CCD(CCD为电荷藕合元件)、N路输入的图像采集卡、计算机和显示器，其中N≥2，一分N光纤传像束安装在大视场高分辨率光学成像镜头的像平面处，把大视场高分辨率的光学图像分成N个部分，其中一分N光纤传像束的每一个对接着一个CCD，每个CCD分别对各个小视场成像，各个CCD通过N路输入的图像采集卡把图像输入到计算机中，计算机再把各个CCD采集的小视场图像按着固有的排列规律利用拼接算法拼接成一个高分辨率大视场的数字图像。
前述的一种基于光纤的大视场高分辨率成像装置的拼接算法，其特征在于具有以下步骤：
(1)首先根据一分N光纤传像束的排列规律直接把对应的CCD采集的小视场图像拼接起来；
(2)将相邻两幅图像的其中一幅旋转一定角度，对于图像变换中产生的原图中非整数位置点采用最邻近插值计算该点像素值；
(3)取未旋转图像边缘的最后一列的4/5作为模板，其中上下各余1/10，将旋转图像作为待匹配图像，在待匹配图像的第一列中从第一个象素开始依次向下取与模板相同个数的像素作为子图，计算模板与子图的相关系数，然后向下移动一个像素，每移动一个像素，计算一次模板与子图的相关系数，并记下其行列位置及这次旋转角度；
(4)当待匹配图像的子图移动到第一列象素的底端时，再向右移动按步骤(3)的方法计算下一列象素；
(5)当设定的待匹配图像中的列数计算完毕后，返回到步骤(2)；
(6)当达到设定的最大旋转角度时，排序后，取相关系数最大值，并按相关系数最大时的旋转角度和行列位置补偿图像；
(7)最后，分别计算两幅相邻图像在拼接缝处重叠部分M列的R、G、B三通道色差值，去掉一部分最大和最小值后，再取均值，然后以此均值补偿待匹配图像；
(8)对N个CCD采集的相邻图像进行(1)到(7)步拼接，得到大视场高分辨率数字图像。
本发明的工作原理是：利用光纤传像束的特性把光学成像镜头获得的高分辨率大视场光学图像分成多个小光学图像，再通过多个CCD高分辨率成像，最后利用计算机进行图像直接拼接获得大视场高分辨率数字图像。
本发明专利的有益效果是快捷、高质量地获得大视场高分辨率图像。
附图说明
图1为基于光纤的大视场高分辨率成像装置组成示意图；
图2为一分四光纤传像束示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明专利进一步说明。
如图1所示的基于光纤的大视场高分辨率成像装置组成示意图，包括：大视场高分辨率光学成像镜头1、一分四光纤传像束2、四个CCD3、四路输入的图像采集卡4、计算机5和显示器6。
如图2所示的一分四光纤传像束示意图。
一种基于光纤的大视场高分辨率成像装置及其拼接方法，其特征是装置包括大视场高分辨率光学成像镜头1、一分四光纤传像束2、四个CCD3、四路输入的图像采集卡4、计算机5和显示器6，一分四光纤传像束安装在大视场高分辨率光学成像镜头1的像平面处，把大视场高分辨率的光学图像分成四个部分，其中一分四光纤传像束2的每一个对接着一个CCD3，每个CCD3分别对各个小视场成像，各个CCD3通过四路输入的图像采集卡4把图像输入到计算机5中，计算机5再把各个CCD3采集的小视场图像按着固有的排列规律利用拼接算法拼接成一个高分辨率大视场的数字图像在显示器显示。
前述的一种基于光纤的大视场高分辨率成像装置的拼接算法，其特征在于具有以下步骤：
(1)首先根据一分四光纤传像束的排列规律直接把对应的CCD采集的小视场图像拼接起来；
(2)将相邻两幅图像的其中一幅旋转1°，对于图像变换中产生的原图中非整数位置点采用最邻近插值计算该点像素值；
(3)取未旋转图像边缘的最后一列的4/5作为模板(其中上下各余1/10)，将旋转图像作为待匹配图像，在待匹配图像的第一列中从第一个象素开始依次向下取与模板相同个数的像素作为子图，计算模板与子图的相关系数，然后向下移动一个像素，每移动一个像素，计算一次模板与子图的相关系数，并记下其行列位置及这次旋转角度；
(4)当待匹配图像的子图移动到第一列象素的底端时，再向右移动按步骤(3)的方法计算下一列象素；
(5)当设定的待匹配图像中的列数计算完毕后，返回到步骤(2)。
(6)当达到设定的最大旋转角度时，排序后，取相关系数最大值，并按相关系数最大时的旋转角度和行列位置补偿图像；
(7)最后，分别计算两幅相邻图像在拼接缝处重叠部分1列的R、G、B三通道色差值，去掉一部分最大和最小值后，再取均值，然后以此均值补偿待匹配图像；
(8)对四个CCD采集的相邻图像进行(1)到(7)步拼接，得到大视场高分辨率数字图像。
除上述实施例外，凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于光纤的大视场高分辨率成像装置，其特征在于：包括大视场高分辨率光学成像镜头、一分N光纤传像束、N个CCD、N路输入的图像采集卡和计算机和显示器，其中N≥2，一分N光纤传像束安装在大视场高分辨率光学成像镜头的像平面处，把大视场高分辨率的像分成N个部分，其中N光纤传像束的每一个对接着一个CCD，每个CCD分别对各个小视场成像，各个CCD通过N路输入的图像采集卡把图像输入到计算机中，计算机再把各个CCD采集的小视场图像按着固有的排列规律利用拼接算法拼接成一个高分辨率大视场的数字图像。
2.根据权利要求1所述的基于光纤的大视场高分辨率成像装置，其特征在于：N＝4。
3.根据权利要求1所述的一种基于光纤的大视场高分辨率成像装置的拼接算法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)首先根据一分N光纤传像束的排列规律直接把对应的CCD采集的小视场图像拼接起来；
(2)将相邻两幅图像的其中一幅旋转一定角度，对于图像变换中产生的原图中非整数位置点采用最邻近插值计算该点像素值；
(3)取未旋转图像边缘的最后一列的4/5作为模板，其中上下各余1/10，将旋转图像作为待匹配图像，在待匹配图像的第一列中从第一个象素开始依次向下取与模板相同个数的像素作为子图，计算模板与子图的相关系数，然后向下移动一个像素，每移动一个像素，计算一次模板与子图的相关系数，并记下其行列位置及这次旋转角度；
(4)当待匹配图像的子图移动到第一列象素的底端时，再向右移动按步骤(3)的方法计算下一列象素；
(5)当设定的待匹配图像中的列数计算完毕后，返回到步骤(2)；
(6)当达到设定的最大旋转角度时，排序后，取相关系数最大值，并按相关系数最大时的旋转角度和行列位置补偿图像；
(7)最后，分别计算两幅相邻图像在拼接缝处重叠部分M列的R、G、B三通道色差值，去掉一部分最大和最小值后，再取均值，然后以此均值补偿待匹配图像；
(8)对N个CCD采集的相邻图像进行(1)到(7)步拼接，得到大视场高分辨率图像。
4.根据权利要求3所述的一种基于光纤的大视场高分辨率成像装置的拼接算法，其特征在于：N＝4。
5.根据权利要求3或4所述的一种基于光纤的大视场高分辨率成像装置的拼接算法，其特征在于：在所述步骤(2)中，将相邻两幅图像的其中一幅旋转的角度为1°。
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