CN101350892B - 异型传像光纤束中的面/线转换时叠层拼接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种异型传像光纤束中的面/线转换时叠层拼接方法。该方法的主要核心是一种搜索算法，其算法能够搜索出每根光纤的位置坐标值。主要步骤是先将扫描成像系统获取的位置定标图像进行定位处理，再引入标量卡尔曼滤波器算法，利用光纤制作的先验值，设定搜索边界条件，接着按照“预测、搜索、更新预测、搜索”的步骤方法反复执行，直至记录每根光纤的位置坐标值，然后将搜索到的位置坐标值制表，同时利用位置坐标表读取光纤束耦合的图像信息，完成叠层拼接工作。该方法能在叠层拼接时，克服光纤排列不整齐、出端边缘凹凸不齐两个技术难题。
Description
技术领域：
本发明涉及超高分辨率红外光电成像系统中异型传像光纤束面/线转换时相关图像处理技术，具体涉及一种异型传像光纤束中的面/线转换时叠层拼接方法。
背景技术：
超长线列探测器的设计、加工是超高分辨率红外成像系统的核心技术，线列探测器的光敏元数量直接决定了图像的空间分辨率：元数越多，图像分辨率越高，但长线列探测器加工难度高，受各种因素限制，其研究进展缓慢，目前仅有少数国家掌握：美国在轨使用的探测器达到6000元，法国Sofradir研制成功了性能优越3000元中波红外探测器，我国6000元红外探测器还在实验阶段。
超长红外线列加工难度大，但小规模面阵红外焦平面256×256、320×240早有成熟产品，256×256面阵有65536个光敏元，若能将这65536个光敏元或者总数的十分之一巧妙利用，使其变成在某种意义上的线阵排列，则6000元探测器可得；对320×240面阵进行转换，可达到7000元探测器的探测效果。
近年来，传像光纤束的研究和应用有长足进展，在光谱仪器、医疗设备、导弹告警接收器等方面都有应用。利用光纤柔软的物理性质，设计一种特殊排列的传像光纤束，其入端为线列排列、出端为面阵排列，光纤束入端放在扫描成像光学系统的焦平面上，通过光纤束的传递，采用性能可靠的小规模面阵器件接收光纤束出端信息，利用这种特殊结构传像光纤束完成线/面变换，实现了超长线列红外探测器的探测功能。
受现有制作工艺限制，光纤束中光纤六角形排列并非严格整齐，同一行光纤之间的距离间隔并不相等，面阵出端的边缘凹凸不齐，使用排列整齐的面阵探测器(CCD等)接收光纤束耦合的信息时，接收的信息与实际信息空间上出现错位。因此利用该光纤束的扫描成像系统，在获取原始图像信息时，需要建立出端光纤与入端光纤位置坐标映射表，才能实现空间逆变换，恢复原始目标图像。
不过在恢复原始目标图像时，需要将光纤束耦合的面阵信息还原成线阵信息，该过程称为叠层拼接。所以上述提及的建立出端光纤与入端光纤位置坐标映射表则成为本实现该技术的核心问题，由于目前阶段光纤束的加工工艺的原因，建立位置坐标映射表难度很大。
发明内容：
如上所述，异型传像光纤束获取的信息必须经过空间逆变换——面阵信息还原成线阵信息(叠层拼接)，才能恢复原始目标图像。叠层拼接时，需要克服光纤排列不整齐、出端边缘凹凸不齐两个技术难题。
为此，本发明为解决该技术难题提供了一种异型传像光纤束中的面/线转换时叠层拼接方法。该方法的主要核心是一种搜索算法，其算法能够搜索出每根光纤的位置坐标值。
本发明的具体技术方案就是先将扫描成像系统获取的位置定标图像进行定位处理，再引入标量卡尔曼滤波器算法，利用光纤束制作的先验知识，设定搜索边界条件，接着按照“预测、搜索、更新预测、搜索”的步骤方法反复执行，直至记录每根光纤的位置坐标值，然后将搜索到的位置坐标值制成位置坐标表，同时利用位置坐标表读取光纤束耦合的图像信息，完成叠层拼接工作。由于位置坐标表记录了每根光纤的位置坐标，包括边缘凹凸不齐的光纤，在利用该表读取图像信息时，通过光纤束制作的先验知识，反推出每根光纤在入端线列中的位置，所以出端边缘凹凸不齐带来的问题迎刃而解。
另外，在搜索光纤位置时，本发明引入了两种措施提高搜索算法的稳健性：
(1)将搜索到的光纤位置标定，避免不同行搜索时再次被搜索到；
(2)事先搜索图像最左下、右下光纤位置，最右下光纤位置代表搜索结束，而最左下光纤位置防止搜索时程序“跑飞”，一旦搜索值超过最左下光纤的纵坐标时，表明预测步长有误，程序退出，重新设置初始值再开始搜索。这样做的原因是如果不采取该措施，一旦程序“跑飞”，便进入死循环，到时候只能强行结束搜索任务。
本发明方法的有益效果在于降低了光纤束加工的技术要求，对于加工引起的光纤排列不整齐和边缘凹凸问题有效解决，并对光纤束耦合的信息能完整提出。
附图说明：
以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
图1为异型传像光纤束结构示意图。
图2为光纤束出端定位放大图。
图3为光纤束出端边缘示意图。
图4为光纤束出端边缘放大图。
图5为本发明所涉及的算法流程图a。
图6为本发明所涉及的算法流程图b。
具体实施方式：
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
根据上述本发明技术方案，在具体实现时，按照所述技术步骤进行。当然其中所涉及的完整的算法流程的步骤如下(参见图5、图6)：
1叠层拼接时，首先将扫描成像系统获取的位置定标图像进行定位处理，定位处理的目的是用单个像素代表一根光纤位置(光纤与CCD光敏元尺寸不匹配，一根光纤对于多个CCD光敏元，参见图3、图4)，处理结果见图2。
2搜索光纤束最左上、最右下、最左下的光纤位置，保存各点(光纤)位置坐标值LUpPoint(x，y)、RDownPoint(x，y)，LDownPoint(x，y)。前二者在搜索算法中用作边界条件，最左下光纤位置坐标用于稳健性控制。位图存放格式为四字节对齐、最后一行最开始存放，像素(i，j)的寻址表达式为：
pSrc＝pNewData+(Dimensions.cy-1-i)*SaveSize.cx+3*j①式
pNewData： 存放图像的首地址；
Dimensions.cy：图像的垂直大小，单位为像素；
SaveSize.cx：图像保存时的水平大小，单位为字节；
为缩短搜索时间，搜索最左上像素时按45度角路径进行，设置循环次数K，当(i+j＝＝k)&&(*pSrc＝＝255)时，表明搜索到目标光纤。(255为图像的白，0对应图像的黑)。
3CurrentPoint(i，j)、NextPoint(i，j)分别为当前搜索点与下一搜索点的位置坐标值，搜索到LUpPoint(x，y)后，设置为搜索的起始点，即：
CurrentPoint(i，j)＝LUpPoint(x，y)②式
4根据光纤制作的先验知识，设定同一行内光纤之间的水平距离为XStep，垂直距离为YStep，相邻行之间的垂直距离为YDownStep。根据卡尔曼滤波器算法，设定预测搜索初值：
NextPoint(i，j)＝CurrentPoint(i，j)+(XStep，YStep)③式
以上式确定的预测点为中心，在n×n(n为奇数)区域内搜索光纤位置，保存该光纤位置坐标。
5将搜索的光纤位置赋值给CurrentPoint(i，j)，并根据搜索值修正(XStep，YStep)，在完成下列判断后开始新一轮搜索。
6搜索到的光纤是否为最右下光纤，若是，搜索结束，生产位置映射表。
7搜索到的光纤是否到达最右边界，若是，跳入下一行光纤搜索。
8搜索到的光纤是否超过LDownPoint(x，y)垂直位置，若是，表明搜索出界，初始值设置不正确，退出搜索，重新设置初始值。
9若搜索到的光纤在同一行时，将修正后的预测值代入③式，开始下一光纤的搜索，记录搜索出的位置坐标。
10若搜索到的光纤到达右边界时，折返到最左边并下跳，如是第一次到达最右边界，搜索预测表达式为：
NextPoint(i，j)＝LUpPoint(x，y)+(0，YYStep)④式
将搜索的光纤位置赋值给CurrentPoint(i，j)，并保存在LPoint(i，j)中，LPoint(i，j)作为下一次折返下跳时的基点，根据搜索值修正YYStep，完成下跳后，按照③式确定的方式继续搜索。
11若搜索到的光纤到达右边界时，折返到最左边并下跳，不是第一次到达最右边界，搜索预测表达式为：
NextPoint(i，j)＝LPoint(x，y)+(0，YYStep)⑤式
完成下跳后，按照③式确定的方式继续搜索。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (4)
1.异型传像光纤束中的面/线转换时叠层拼接方法，其特征在于，所述方法的步骤是先将扫描成像系统获取的位置定标图像进行定位处理，再引入标量卡尔曼滤波器算法，利用光纤束制作的先验知识，设定搜索边界条件，接着按照“预测、搜索、更新预测、搜索”的步骤方法反复执行，直至记录每根光纤的位置坐标值，然后将搜索到的位置坐标值制成位置坐标表，同时利用位置坐标表读取光纤束耦合的图像信息，完成叠层拼接工作。
2.根据权利要求1的异型传像光纤束中的面/线转换时叠层拼接方法，其特征在于，所述预测、搜索、更新预测、搜索的步骤方法中的位置坐标表记录了每根光纤的位置坐标，包括边缘凹凸不齐的光纤，在利用该表读取图像信息时，通过光纤束制作的先验知识，反推出每根光纤在入端线列中的位置，从而解决光纤出端边缘凹凸不齐的缺点。
3.根据权利要求1的异型传像光纤束中的面/线转换时叠层拼接方法，其特征在于，在搜索光纤位置时，为了提高搜索算法的稳健性，将搜索到的光纤位置标定，避免不同行搜索时再次被搜索到。
4.根据权利要求1的异型传像光纤束中的面/线转换时叠层拼接方法，其特征在于，在搜索光纤位置时，为了提高搜索算法的稳健性，事先搜索图像最左下、右下光纤位置，最右下光纤位置代表搜索结束，而最左下光纤位置防止搜索时程序“跑飞”，一旦搜索值超过最左下光纤的纵坐标时，表明预测步长有误，程序退出，重新设置初始值再开始搜索。
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|---|---|---|---|---|
| US6424409B1 (en) * | 1997-05-22 | 2002-07-23 | Corning Incorporated | Methods and apparatus for detecting surface defects of an optical fiber |
| CN1693919A (zh) * | 2005-05-26 | 2005-11-09 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种采用光纤变维器的长线阵探测器拼接方法及装置 |
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