CN103973976B - 一种利用光学成像的显著性提取装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用光学成像的显著性提取装置及方法，提出的系统基于光学方法模拟了显著性探测自下而上的过程，能够方便的整合到目前的大部分图像采集系统中，同时能有效快速地获得精度更高的图像显著性探测结果。本发明包括如下步骤：（1）构造光学成像显著性提取的双光路4f系统；（2）显著性图像生成。本发明方法构造双光路4f系统，在两个频谱面实现不同的滤波，实现不同频率的优选，最后通过不同频率图像间的差值获取显著性图像，其处理的结果接近人眼视觉系统。本发明结构实现简单，能够有效的集成到现有的各种成像探测仪器中，通过显著性图像实时指导图像获取过程，从而能够更有效的模拟生物视觉过程。

Description

一种利用光学成像的显著性提取装置及方法
技术领域
本发明涉及光学成像与图像处理技术，尤其涉及一种利用光学成像的显著性提取装置及方法。
背景技术
视觉信息是人类认识世界的最主要的信息来源，人类所接收的约有75%的信息是通过这一手段获取的。与人眼和大脑获取真实世界的信息一样，光学图像传感器获取的图像作为模拟人类视觉功能，也记录了大量的信息。随着光学成像技术与图像信号处理理论的发展，图像工程也成为一门内容丰富且发展迅速的学科。一个图像（处理和分析）系统包括图像的采集、显示、存储、通信、处理和分析，并且广泛地应用于国民经济中的各个领域，如科学研究、工业生产、医疗卫生、教育等，对推动社会发展、改善人们生活水平都起到重要的作用。
随着计算机性能与技术的快速发展，人们越来越希望计算机可以更加自主且智能地完成许多任务。若要实现如此的目标，则计算机必须能够理解周围的环境。视觉是人类感知外界信息最主要方式，那么计算机模拟人类，也要通过视觉感知相关的能力来理解周围环境，这是智能化地关键之一。
人类的视觉感知能力通过长时间的进化，能快速高效地分析环境，迅速提取感兴趣的物体与区域，这是一种视觉显著性提取能力。与人的视觉显著性检测行为相对应，在图像处理中，可以通过图像显著性检测方法实现图像显著性信息的提取。图像显著性探测旨在获取高质量的显著性图，来反映了图像中不同区域的显著程度——人眼的关注程度/感兴趣程度。
显著性区域检测技术有着广泛的应用，在目标自动探测、图像检索、物体识别图像分割视频的快速浏览和汇总、图像和视频压缩、图像自动化修剪和内容感知的图像编辑等领域都可以应用。目前显著性检测技术的应用还无法令人满意，除了显著图本身的质量不够高以外，显著性信息应用方式和方法还不够成熟，需要找到更加令人满意的实现方法；此外，一般的显著性提取方法都是针对图像建立相应数学模型，在电子计算机上就行计算，效率与效果一般不能同时兼顾。如何建立更符合人眼视觉系统的快速显著性提取方法也是目前图像处理界的难题之一。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种利用光学成像的显著性提取装置及方法，能有效简化图像显著性提取的复杂度，提高系统处理图像的处理速度。
一种利用光学成像的显著性提取装置，包括非相干光源、准直平行光管、输入物面的图像、半透半反镜、四个傅里叶透镜、两个空间滤波器和两个CCD/CMOS成像相机；
所述的非相干光源设置在准直平行光管的前焦点上，光源经过准时平行光管后出射平行光，在平行光路中的输入物面放置图像作为物体，之后设置半透半反镜，半透半反镜与光轴成45°夹角，沿透射光路，从输入物面起间隔光程f，依次设置第一傅里叶透镜、第一空间滤波器、第二傅里叶透镜和第一CCD/CMOS成像相机，沿反射光路，从输入物面起间隔光程f，依次设置第三傅里叶透镜、第二空间滤波器、第四傅里叶透镜和第二CCD/CMOS成像相机；
所述的四个傅里叶透镜结构完全相同；
所述的两个空间滤波器孔径不同。
一种利用光学成像的显著性提取方法，该方法具体包括以下步骤：
步骤一：打开非相干光源,通过第一CCD/CMOS成像相机和第二CCD/CMOS成像相机采集得到图像g1与g2；
步骤二：显著性图像生成。利用两个光通道获取的不同图像相减，实现显著性的提取，获得显著性图。即获得了成像面1与成像面所获取的图像g1与g2之后，利用就能获取图像的最终显著性图像S。
与现有技术相比，本技术方案具有以下优点：现有的显著性提取方法都是基于图像的一些计算机算法，而本发明提出的显著性光学提取法，高效而稳定。高效是由于运用光学运算方法从而能够实时的实现图像的傅里叶变换和反变换，大大的提高了显著性提取算法的运算速度，同时通过在成像光路上分光探测的方法，所以能够获得到最大为系统分辨率极限的各分辨率显著性图像；稳定是由于整个系统的结构实现简单，能够有效的集成到现有的各种成像探测仪器中，通过显著性图像实时指导图像获取过程，从而能够更有效的模拟生物视觉过程。
附图说明
图1为本发明方法的具体操作流程图；
图2为本发明方法构建的两路4f光路系统；
图3a为输入的图像；
图3b为第一CCD/CMOS成像相机获取的图像；
图3c为第二CCD/CMOS成像相机获取的图像；
图3d为获得的显著性图。
具体实施方式
为了获取图像的显著性分布，本发明利用光学成像方式，利用光路计算的实时性特征，快速实现显著性的提取，获得显著性图。
下面结合附图，通过具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。
如图2所示，一种利用光学成像的显著性提取装置，包括非相干光源1、准直平行光管2、输入物面的图像3、半透半反镜4、四个傅里叶透镜、两个空间滤波器和两个CCD/CMOS成像相机；
所述的非相干光源1设置在准直平行光管2的前焦点上，非相干光源经过准时平行光管后出射平行光，在平行光路中的放置输入物面的图像3，之后设置半透半反镜4，半透半反镜与光轴成45°夹角，沿透射光路，从输入物面起间隔光程f，依次设置第一傅里叶透镜5、第一空间滤波器6、第二傅里叶透镜7和第一CCD/CMOS成像相机8，沿反射光路，从输入物面起间隔光程f，依次设置第三傅里叶透镜9、第二空间滤波器10、第四傅里叶透镜11和第二CCD/CMOS成像相机12；所述的四个傅里叶透镜结构完全相同，所述的两个空间滤波器孔径不同。
一种利用光学成像的显著性提取方法，该方法具体包括以下步骤：
步骤一：打开非相干光源,通过第一CCD/CMOS成像相机和第二CCD/CMOS成像相机采集得到图像g1与g2；
步骤二：显著性图像生成。利用两个光通道获取的不同图像相减，实现显著性的提取，获得显著性图。即获得了成像面1与成像面所获取的图像g1与g2之后，利用就能获取图像的最终显著性图像S。
如图1所示，非相干光源经过准直平行光管后生成平行光，照射输入物面的图像实现照明，作为物体；物体光路经半透半反镜分光，一路经4f系统成像到第一CCD/CMOS成像相机，另一路也经另外一个4f系统成像到第二CCD/CMOS成像相机；在4f系统的两个各自频谱面使用不同的精密针孔进行滤波操作，为图像选择不同的频率。这其中包含的处理过程包括：
照明：胶片经过白光平行光照明生成彩色图像。胶片置于图2的输入物面位置，称为物体图像，如图3a所示；
光学傅里叶变换：物体图像经过第一个傅里叶透镜在其后焦面生成了图像的傅里叶频谱，生成位置在如图2中的频谱面1与频谱面2处；
空间滤波：在生成的频谱面上，即图2中频谱面与频谱面处，放置第一空间滤波器、第二空间滤波器实现空间滤波，滤波高频。通过调整小孔半径的大小实现不同的截止频率。选择频谱1处的针孔1尺寸为A um（微米），频谱2处的针孔2尺寸为B um（微米）；
成像像面的图像生成：在频谱面后放置傅里叶透镜，滤波后的频谱再次经过傅里叶变换生成空间图像，被CCD/CMOS传感器采集，第一CCD/CMOS成像相机与第二CCD/CMOS成像相机获取的图像g1与g2，分别如图3b与图3c所示。
显著性图像生成。在CCD/COMS等成像设备成像后，利用两个光通道获取的不同图像相减，实现显著性的提取，获得显著性图，即获得了图3b与图3c之后，利用就能获取图像的最终显著性图像S，如图3d所示。
在本发明的图例中，所用到的需要指明的设备或相关参数如下：
采用本发明实施例的利用光学成像的显著性提取方法能快速稳定地对图像进行处理，得到较好的显著性提取结果，请参考图3，图3a是初始图像，图3d为提取的显著性图，将人眼感兴趣的边缘区域直接表现出来了。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.一种利用光学成像的显著性提取装置，包括非相干光源、准直平行光管、输入物面的图像、半透半反镜、四个傅里叶透镜、两个空间滤波器和两个CCD/CMOS成像相机；
其特征在于：所述的非相干光源设置在准直平行光管的前焦点上，非相干光源经过准时平行光管后出射平行光，在平行光路中的放置输入物面的图像，之后设置半透半反镜，半透半反镜与光轴成45°夹角，沿透射光路，从输入物面起间隔光程f，依次设置第一傅里叶透镜、第一空间滤波器、第二傅里叶透镜和第一CCD/CMOS成像相机，沿反射光路，从输入物面起间隔光程f，依次设置第三傅里叶透镜、第二空间滤波器、第四傅里叶透镜和第二CCD/CMOS成像相机。
2.根据权利要求1所述的一种利用光学成像的显著性提取装置，其特征在于：所述的四个傅里叶透镜结构完全相同。
3.根据权利要求1所述的一种利用光学成像的显著性提取装置，其特征在于：所述的两个空间滤波器孔径不同。
4.一种利用光学成像的显著性提取方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
步骤一：非相干光源经过准直平行光管后生成平行光，照射输入物面的图像实现照明，作为物体；物体光路经半透半反镜分光，一路经4f系统成像到第一CCD/CMOS成像相机，另一路也经另外一个4f系统成像到第二CCD/CMOS成像相机；在4f系统的两个各自频谱面使用不同的精密针孔进行滤波操作，为图像选择不同的频率；在频谱面后放置傅里叶透镜，滤波后的频谱再次经过傅里叶变换生成空间图像，被CCD/CMOS传感器采集，第一CCD/CMOS成像相机与第二CCD/CMOS成像相机获取图像g1与g2；
步骤二：显著性图像生成，利用两个光通道获取的不同图像相减，实现显著性的提取，获得显著性图，即获得了成像1与成像2所获取的图像g1与g2之后，利用S＝|g1-g2|就能获取图像的最终显著性图像S。
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