CN108550104B - 图像配准方法、装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种图像配准方法、装置。其中，该方法包括：获取目标对象的第一图像和第二图像，其中，第一图像与第二图像的空间分辨率相同，第一图像和第二图像为第一设备和第二设备在成像面相互平行的状态下分别采集的图像；根据第一图像和第二图像中的目标对象确定图像配准信息；依据图像配准信息对第一设备和第二设备所采集的图像进行图像配准。本发明解决了现有技术仅能对单幅图像进行图像配准的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及多光谱融合的夜视领域，具体而言，涉及一种图像配准方法、装置。
背景技术
图像配准，是指将不同时间、不同传感器(或成像设备)或不同条件下(天候、照度、摄像位置和角度等)获取的两幅或多幅图像进行匹配、叠加的过程。
目前，针对图像配准的研究主要是针对单幅图片，通过获取不同设备所采集图像的特征点，并确定不同图像的各特征点之间的对应关系，然后根据特征点的对应关系对该图像进行配准。
但是，针对特征点匹配的方案，需要提取较多的特征点，所以在进行图像配准的过程中需要运用较大的计算量，因此，在实际应用过程中，仅能对单幅图像进行图像配准。
针对上述现有技术仅能对单幅图像进行图像配准的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明实施例提供了一种图像配准方法、装置，以至少解决现有技术仅能对单幅图像进行图像配准的技术问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种图像配准方法，包括：获取目标对象的第一图像和第二图像，其中，所述第一图像与所述第二图像的空间分辨率相同，所述第一图像和所述第二图像为第一设备和第二设备在成像面相互平行的状态下分别采集的图像；根据所述第一图像和所述第二图像中的所述目标对象确定图像配准信息；依据所述图像配准信息对所述第一设备和所述第二设备所采集的图像进行图像配准。
进一步地，获取目标对象的第一图像和第二图像包括：确定所述第一设备和所述第二设备的成像面是否相互平行；在确定所述第一设备和所述第二设备的成像面相互平行的情况下，分别通过所述第一设备获取所述目标对象的所述第一图像，通过所述第二设备获取所述目标对象的所述第二图像。
进一步地，所述第一设备和/或所述第二设备具有在第一方向和第二方向调整角度的能力，所述第一方向与所述第二方向垂直。
进一步地，所述第一设备具有在第一方向调整角度和在第二方向调整角度的能力，所述第二设备固定设置；或所述第一设备具有在第一方向调整角度的能力，所述第二设备具有在第二方向调整角度的能力；或所述第一设备具有在第二方向调整角度的能力，所述第二设备具有在第一方向调整角度的能力；或所述第一设备固定设置，所述第二设备具有在第一方向调整角度和在第二方向调整角度的能力。
进一步地，获取目标对象的第一图像和第二图像包括：确定所述第一设备和所述第二设备的视场大小是否一致；在所述第一设备与所述第二设备的视场大小一致的情况下，获取所述目标对象的所述第一图像和所述第二图像，其中，在所述第一设备与所述第二设备的视场大小一致的情况下，所述第一图像和所述第二图像的所述空间分辨率相同。
进一步地，所述第一设备和/或所述第二设备具有调整焦距的能力，通过调整所述第一设备或所述第二设备的焦距可以实现对第一设备或第二设备视场大小的调整。
进一步地，根据所述第一图像和所述第二图像中的所述目标对象确定图像配准信息包括：在所述第一图像中确定所述目标对象的第一质心，在所述第二图像中确定所述目标对象的第二质心；根据所述第一质心和所述第二质心确定所述第一图像与所述第二图像之间的平移量和旋转角度；根据所述平移量和所述旋转角度确定所述图像配准信息。
进一步地，在所述第一图像中确定所述目标对象的第一质心，在所述第二图像中确定所述目标对象的第二质心包括：分别对所述第一图像和所述第二图像进行二值化处理，得到所述目标对象在所述第一图像中的第一轮廓和所述目标对象在所述第二图像中的第二轮廓；根据所述第一轮廓确定所述目标对象的所述第一质心，根据所述第二轮廓确定所述目标对象的所述第二质心。
进一步地，根据所述平移量和所述旋转角度确定所述图像配准信息包括：根据所述平移量和所述旋转角度确定所述第一图像和所述第二图像之间的仿射变换关系；根据所述仿射变换关系确定所述图像配准信息。
进一步地，根据所述平移量和所述旋转角度确定所述图像配准信息包括：获取采集距离，其中，所述采集距离为图像采集位置与所述目标对象之间的距离，所述图像采集位置为所述第一设备和所述第二设备的位置；确定所述平移量与所述采集距离之间的第一拟合模型，以及所述旋转角度与所述采集距离之间的第二拟合模型，其中，所述第一拟合模型和所述第二拟合模型均为双曲线函数模型；根据所述双曲线函数模型确定所述图像配准信息。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种图像配准装置，包括：获取单元，用于获取目标对象的第一图像和第二图像，其中，所述第一图像与所述第二图像的空间分辨率相同，所述第一图像和所述第二图像为第一设备和第二设备在成像面相互平行的状态下分别采集的图像；确定单元，用于根据所述第一图像和所述第二图像中的所述目标对象确定图像配准信息；配准单元，用于依据所述图像配准信息对所述第一设备和所述第二设备所采集的图像进行图像配准。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种图像配准装置，包括：第一设备和第二设备，用于分别获取目标对象的第一图像和第二图像，其中，所述第一图像与所述第二图像的空间分辨率相同，所述第一图像和所述第二图像为第一设备和第二设备在成像面相互平行的状态下分别采集的图像；上位机，用于根据所述第一图像和所述第二图像中的所述目标对象确定图像配准信息，并依据所述图像配准信息对所述第一设备和所述第二设备所采集的图像进行图像配准。
进一步地，所述装置还包括：固定面板；所述第一设备和所述第二设备通过调整装置设置于所述固定面板上，其中，所述调整装置用于调整所述第一设备第二设备与所述固定面板的角度，和/或调整所述第二设备与所述固定面板的角度。
进一步地，所述调整装置，还用于调整所述第一设备和/或所述第二设备在第一方向和第二方向角度，所述第一方向与所述第二方向垂直。
进一步地，所述调整装置包括：第一调整螺丝，用于调整所述第一设备在第一方向的角度；第二调整螺丝和第三调整螺丝，用于调整所述第一设备在第二方向的角度。
进一步地，所述目标对象为靶标，所述靶标包括：导热基板，用于传递加热膜产生的热量；所述加热膜，与所述导热基板的第一面贴合，用于产生热量；热标定板，所述热标定板的第一面与所述导热基板的第二面贴合，用于接收所述导热基板传递的热量，其中，所述热标定板的热导率高于所述导热基板的热导率；光学标定板，与所述热标定板的第二面贴合，其中，所述光学标定板的尺寸与所述热标定板的尺寸相同，所述光学标定板的颜色与所述导热基板的颜色不同。
根据本发明的又一个实施例，还提供了一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，所述程序运行时执行上述任一项所述的图像配准方法。
根据本发明的又一个实施例，还提供了一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行上述任一项所述的图像配准方法。
在本发明实施例中，在第一设备和第二设备的成像面相互平行的情况下，分别通过第一设备和第二设备获取空间分辨率相同的第一图像和第二图像，可以得到大小和轮廓完全相同的目标对象的图像，再根据第一图像和第二图像中的目标对象可以确定第一图像和第二图像的图像配准信息，然后再使第一设备和第二设备可以在接下来的图像采集过程中，根据该图像配准信息对采集的图像进行图像配准，由于以及图像配准信息已经通过目标对象确定，因此，第一设备和第二设备在接下来的图像配准过程中，直接调用该图像配准信息即可，而无需对每副图像重复特征提取进行配准的方案，从而可以降低图像配准的计算量，加快图像配准的速度，实现快速对连续的多幅图像进行图像配准的技术方案，现有技术仅能对单幅图像进行图像配准的问题，进而可以实现对视频图像的配准。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的一种可选的图像配准方法的流程图；
图2是根据本发明实施例的一种图像配准装置的示意图一；
图3是根据本发明实施例的一种可选的图像配准装置的示意图二；
图4是根据本发明实施例的一种提高图像配准质量的方案设备的结构示意图；
图5是根据本发明实施例的一种靶标的结构示意图；
图6是根据本发明实施例的一种显著提高图像配准质量的方案流程的示意图；
图7是根据本发明实施例的一种获取目标对象的可见光图像和红外图像的示意图；
图8是根据本发明实施例的可见光图像和红外图像边缘轮廓的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
根据本发明实施例，提供了一种图像配准方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
图1是根据本发明实施例的一种可选的图像配准方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：
步骤S102，获取目标对象的第一图像和第二图像，其中，第一图像与第二图像的空间分辨率相同，第一图像和第二图像为第一设备和第二设备在成像面相互平行的状态下分别采集的图像；
步骤S104，根据第一图像和第二图像中的目标对象确定图像配准信息；
步骤S106，依据图像配准信息对第一设备和第二设备所采集的图像进行图像配准。
通过上述步骤，在第一设备和第二设备的成像面相互平行的情况下，分别通过第一设备和第二设备获取空间分辨率相同的第一图像和第二图像，可以得到大小和轮廓完全相同的目标对象的图像，再根据第一图像和第二图像中的目标对象可以确定第一图像和第二图像的图像配准信息，然后再使第一设备和第二设备可以在接下来的图像采集过程中，根据该图像配准信息对采集的图像进行图像配准，由于以及图像配准信息已经通过目标对象确定，因此，第一设备和第二设备在接下来的图像配准过程中，直接调用该图像配准信息即可，而无需对每副图像重复特征提取进行配准的方案，从而可以降低图像配准的计算量，加快图像配准的速度，实现快速对连续的多幅图像进行图像配准的技术方案，现有技术仅能对单幅图像进行图像配准的问题，进而可以实现对视频图像的配准。
在上述步骤S102中，第一图像可以是第一设备所采集的图像，第二图像可以是第二设备所采集的图像。在第一设备和第二设备的成像面相互平行的情况下，采集空间分辨率相同的第一图像和第二图像，可以在第一图像和第二图像中展示相同的目标对象。
需要说明的是，成像面是指第一设备或第二设备中用于成像的平面，即成像平面。
可选地，在第一图像和第二图像中展示的目标对象尺寸相同，即目标对象在第一图像和第二图像中的大小、轮廓相同，其中，目标对象在第一图像和第二图像中分布的位置和角度可以不同。
可选地，第一设备和第二设备可以是低照度相机或红外探测器中的任意一个。
可选地，第一设备与第二设备可以不同。
可选地，第一图像和第二图像可以是通过低照度相机获取的光学图像，或通过红外探测器获取的热成像图像。
可选地，第一图像与第二图像可以是不同类型的图像。
在上述步骤S104中，由于第一图像和第二图像中的目标对象相同，则以目标对象为参照物，可以确定在第一图像中的目标对象与第二图像中的目标图像完全重合的情况下，第一图像与第二图像之间的对应关系，进而根据该对应关系确定图像配准信息。
可选地，第一图像和第二图像之间的对应关系，可以是将第一图像或第二图像进行移动后，使第一图像中的目标对象与第二图像中的目标图像完全重合的移动方案。
可选地，第一图像和第二图像之间的对应关系，可以是根据第一图像中的目标对象，以及第二图像中的目标图像所确定的坐标对应关系。
可选地，图像配准信息可以根据目标对象确定的，用于对第一图像和第二图像进行图像配准的信息。
在上述步骤S106中，在根据目标对象确定第一图像和第二图像的图像配准信息后，第一设备和第二设备在后续的图像采集过程中，可以直接调用该图像配准信息，即可对采集的图像进行图像配准。
作为一种可选的实施例，获取目标对象的第一图像和第二图像包括：确定第一设备和第二设备的成像面是否相互平行；在确定第一设备和第二设备的成像面相互平行的情况下，分别通过第一设备获取目标对象的第一图像，通过第二设备获取目标对象的第二图像。
采用本发明上述实施例，在第一设备和第二设备的成像面平行的情况下获取目标对象的第一图像和第二图像，在第一图像和第二图像中能够使目标对象的形状(或轮廓)相同，在后续过程中，可以根据图像中的目标对象对第一图像和第二图像确定图像配准信息，而无需针对第一图像和第二图像进行特征点提取，从而降低了图像配准过程的计算量，加快图像配准速度。
可选地，在第一设备和第二设备的成像面相互不平行的情况下，可以对第一设备和第二设备的角度进行调整，使第一设备和第二设备的成像面相互平行。
作为一种可选的实施例，第一设备和/或第二设备具有在第一方向和第二方向调整角度的能力，第一方向与第二方向垂直。
通过在相互垂直的第一方向和第二方向上调整第一设备和/或第二设备，可以使第一设备和第二设备的成像面平行，并且，在第一方向和第二方向，两个自由度方向上调整第一设备和/或第二设备，可以实现加快角度的调整速度，方便第一设备和/或第二设备的调整。
可选地，第一方向和第二方向可以分别为水平方向和竖直方向。
可选地，第一设备具有在第一方向调整角度和在第二方向调整角度的能力，第二设备固定设置；或第一设备具有在第一方向调整角度的能力，第二设备具有在第二方向调整角度的能力；或第一设备具有在第二方向调整角度的能力，第二设备具有在第一方向调整角度的能力；或第一设备固定设置，第二设备具有在第一方向调整角度和在第二方向调整角度的能力。
在第一设备具有在第一方向调整角度和在第二方向调整角度的能力，第二设备固定设置的情况下，通过对第一设备的调整，便可以完成对第一设备和第二设备的角度调整过程。
在第一设备具有在第一方向调整角度的能力，第二设备具有在第二方向调整角度的能力的情况下，通过在第一方向上调整第一设备，在第二方向上调整第二设备，便可以完成对第一设备和第二设备的角度调整过程。
在第一设备具有在第二方向调整角度的能力，第二设备具有在第一方向调整角度的能力的情况下，通过在第二方向上调整第一设备，在第一方向上调整第二设备，便可以完成对第一设备和第二设备的角度调整过程。
在第二设备具有在第一方向调整角度和在第二方向调整角度的能力，第一设备固定设置的情况下，通过对第二设备的调整，便可以完成对第一设备和第二设备的角度调整过程。
作为一种可选的实施例，获取目标对象的第一图像和第二图像包括：确定第一设备和第二设备的视场大小是否一致；在第一设备与第二设备的视场大小一致的情况下，获取目标对象的第一图像和第二图像，其中，在第一设备与第二设备的视场大小一致的情况下，第一图像和第二图像的空间分辨率相同。
采用本发明上述实施例，在第一设备和第二设备的视场大小一种的情况下，可以获取空间分辨率相同的第一图像和第二图像，在第一图像和第二图像中能够使目标对象的大小(或尺寸)一致，在后续过程中，可以根据图像中的目标对象对第一图像和第二图像确定图像配准信息，而无需针对第一图像和第二图像进行特征点提取，从而降低了图像配准过程的计算量，加快图像配准速度。
需要说明的是，视场大小，即视场角的大小，在光学工程中，视场角的大小决定了光学仪器的视野范围，在光学仪器中，对视场角的大小进行调整，可以通过对光学仪器的焦距进行调整来实现。
需要说明的是，空间分辨率，是指遥感图像上能够详细区分的最小单元的尺寸或大小，通常用相元大小、像解率或视场角来表示，在第一设备和第二设备的视场大小一致的情况下，通过第一设备和第二设备采集的第一图像和第二图像的空间分辨率相同。
可选地，在第一设备和第二设备的视场大小不相同的情况下，可以通过调整第一设备和/或第二设备的焦距，来使第一设备和第二设备的视场角相同。
作为一种可选的实施例，第一设备和/或第二设备具有调整焦距的能力，通过调整第一设备或第二设备的焦距可以实现对第一设备或第二设备视场大小的调整。
作为一种可选的实施例，根据第一图像和第二图像中的目标对象确定图像配准信息包括：在第一图像中确定目标对象的第一质心，在第二图像中确定目标对象的第二质心；根据第一质心和第二质心确定第一图像与第二图像之间的平移量和旋转角度；根据平移量和旋转角度确定图像配准信息。
采用本发明上述实施例，分别获取目标对象在第一图像和第二图像中的第一质心和第二质心，然后在根据第一质心和第二质心确定第一图像和第二图像之间的平移量和旋转角度，进而根据该平移量和旋转角度确定图像配准信息，而无需针对第一图像和第二图像的多个特征点来进行图像配准，从而降低了图像配准过程的计算量，加快图像配准速度。
可选地，可以分别对第一图像和第二图像建立坐标系，然后在根据第一质心和第二质心所对应的坐标来确定平移量和旋转角度。
作为一种可选的实施例，在第一图像中确定目标对象的第一质心，在第二图像中确定目标对象的第二质心包括：分别对第一图像和第二图像进行二值化处理，得到目标对象在第一图像中的第一轮廓和目标对象在第二图像中的第二轮廓；根据第一轮廓确定目标对象的第一质心，根据第二轮廓确定目标对象的第二质心。
采用本发明上述实施例，通过对第一图像和第二图像进行二值化处理，可以分别得到目标对象在第一图像和第二图像中的第一轮廓和第二轮廓，然后再根据第一轮廓和第二轮廓可以准确得到目标对象的第一质心和第二质心，而无需针对第一图像和第二图像的多个特征点来进行图像配准，从而降低了图像配准过程的计算量，进而可以加快图像配准速度。
可选地，在分别对第一图像和第二图像建立坐标系后，可以根据第一轮廓第二轮廓的坐标平均值来确定第一质心和第二质心的坐标。
作为一种可选的实施例，根据平移量和旋转角度确定图像配准信息包括：根据平移量和旋转角度确定第一图像和第二图像之间的仿射变换关系；根据仿射变换关系确定图像配准信息。
采用本发明上述实施例，根据第一图像与第二图像之间的平移量和旋转角度，可以确定第一图像和第二图像之间的仿射变换关系，进而根据该仿射变换关系可以确定第一图像和第二图像的图像配准信息。
需要说明的是，仿射变换，又称仿射映射，是指在几何中，一个向量空间进行一次线性变化并接上一个平移，变换为另一个向量空间。在本申请中，仿射变换关系指第一图像中的目标对象与第二图像中目标对象的转换关系，进而可以根据该仿射变换关系可以确定第一图像和第二图像之间的图像配准信息。
由于图像配准信息(即平移量和旋转角度)是根据目标对象确定，在目标对象处于不同位置的情况下，所得到的图像配准信息也并不相同。
将第一设备和第二设备的位置作为图像采集位置，则图像采集位置与目标对象之间的距离为采集距离，通过研究发现，旋转角度随着采集距离的增加而连续减小，平移量也随着采集距离的增加而连续减小，并且对不同采集距离所对应的旋转角度和平移量进行拟合，发现拟合曲线近似于反比例曲线。
作为一种可选的实施例，根据平移量和旋转角度确定图像配准信息包括：获取采集距离，其中，采集距离为图像采集位置与目标对象之间的距离，图像采集位置为第一设备和第二设备的位置；确定平移量与采集距离之间的第一拟合模型，以及旋转角度与采集距离之间的第二拟合模型，其中，第一拟合模型和第二拟合模型均为双曲线函数模型；根据双曲线函数模型确定图像配准信息。
通过获取采集距离，确定平移量与采集距离之间的第一拟合模型，以及旋转角度与采集距离之间的第二拟合模型，可以通过双曲线函数模型来表示平移量与采集距离之间的关系，以及旋转角度与采集距离之间的关系，进而根据双曲线函数模型能够准确确定不同采集距离的图像配准信息，进而在使用图像配准信息中，可以根据采集距离选取该采集距离所对应的图像配准信息。
根据本发明的另一方面，本发明实施例还提供了一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行上述所述的图像配准方法。
根据本发明的另一方面，本发明实施例还提供了一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行上述所述的图像配准方法。
根据本发明实施例，还提供了一种图像配准装置实施例，需要说明的是，该图像配准装置可以用于执行本发明实施例中的图像配准方法，本发明实施例中的图像配准方法可以在该图像配准装置中执行。
图2是根据本发明实施例的一种图像配准装置的示意图一，如图2所示，该装置可以包括：获取单元20，用于获取目标对象的第一图像和第二图像，其中，第一图像与第二图像的空间分辨率相同，第一图像和第二图像为第一设备和第二设备在成像面相互平行的状态下分别采集的图像；确定单元22，用于根据第一图像和第二图像中的目标对象确定图像配准信息；配准单元24，用于依据图像配准信息对第一设备和第二设备所采集的图像进行图像配准。
需要说明的是，该实施例中的获取单元20可以用于执行本申请实施例中的步骤S102，该实施例中的确定单元22可以用于执行本申请实施例中的步骤S104，该实施例中的配准单元24可以用于执行本申请实施例中的步骤S106。上述模块与对应的步骤所实现的示例和应用场景相同，但不限于上述实施例所公开的内容。
根据本发明上述实施例，在第一设备和第二设备的成像面相互平行的情况下，分别通过第一设备和第二设备获取空间分辨率相同的第一图像和第二图像，可以得到大小和轮廓完全相同的目标对象的图像，再根据第一图像和第二图像中的目标对象可以确定第一图像和第二图像的图像配准信息，然后再使第一设备和第二设备可以在接下来的图像采集过程中，根据该图像配准信息对采集的图像进行图像配准，由于以及图像配准信息已经通过目标对象确定，因此，第一设备和第二设备在接下来的图像配准过程中，直接调用该图像配准信息即可，而无需对每副图像重复特征提取进行配准的方案，从而可以降低图像配准的计算量，加快图像配准的速度，实现快速对连续的多幅图像进行图像配准的技术方案，现有技术仅能对单幅图像进行图像配准的问题，进而可以实现对视频图像的配准。
根据本发明实施例，还提供了另一种图像配准的装置实施例，需要说明的是，该图像配准装置可以用于执行本发明实施例中的图像配准方法，本发明实施例中的图像配准方法可以在该图像配准装置中执行。
图3是根据本发明实施例的一种可选的图像配准装置的示意图二，如图3所示，包括：第一设备30和第二设备32，用于分别获取目标对象的第一图像和第二图像，其中，第一图像与第二图像的空间分辨率相同，第一图像和第二图像为第一设备和第二设备在成像面相互平行的状态下分别采集的图像；上位机34，用于根据第一图像和第二图像中的目标对象确定图像配准信息，并依据图像配准信息对第一设备和第二设备所采集的图像进行图像配准。
需要说明的是，该实施例中的第一设备30和第二设备32可以用于执行本申请实施例中的步骤S102，该实施例中的上位机34可以用于执行本申请实施例中的步骤S104和步骤S106。上述模块与对应的步骤所实现的示例和应用场景相同，但不限于上述实施例所公开的内容。
根据本发明上述实施例，在第一设备和第二设备的成像面相互平行的情况下，分别通过第一设备和第二设备获取空间分辨率相同的第一图像和第二图像，可以得到大小和轮廓完全相同的目标对象的图像，再根据第一图像和第二图像中的目标对象可以确定第一图像和第二图像的图像配准信息，然后再使第一设备和第二设备可以在接下来的图像采集过程中，根据该图像配准信息对采集的图像进行图像配准，由于以及图像配准信息已经通过目标对象确定，因此，第一设备和第二设备在接下来的图像配准过程中，直接调用该图像配准信息即可，而无需对每副图像重复特征提取进行配准的方案，从而可以降低图像配准的计算量，加快图像配准的速度，实现快速对连续的多幅图像进行图像配准的技术方案，现有技术仅能对单幅图像进行图像配准的问题，进而可以实现对视频图像的配准。
作为一种可选的实施例，装置还包括：固定面板；第一设备和第二设备通过调整装置设置于固定面板上，其中，调整装置用于调整第一设备第二设备与固定面板的角度，和/或调整第二设备与固定面板的角度。
采用发明上述实施例，第一设备和第二设备通过调整装置设置于固定面板上，进而可以通过调整装置调整第一设备和/或第二设备与固定面板的角度。
可选地，第一设备和第二设备轴向平行。
作为一种可选的实施例，调整装置，还用于调整第一设备和/或第二设备在第一方向和第二方向角度，第一方向与第二方向垂直。
采用本发明上述实施例，通过调整装置可以在相互垂直的第一方向和第二方向上调整第一设备和/或第二设备，使第一设备和第二设备的成像面平行，并且，在第一方向和第二方向，两个自由度方向上调整第一设备和/或第二设备，可以实现加快角度的调整速度，方便第一设备和/或第二设备的调整。
可选地，第一设备具有在第一方向调整角度和在第二方向调整角度的能力，第二设备固定设置；或第一设备具有在第一方向调整角度的能力，第二设备具有在第二方向调整角度的能力；或第一设备具有在第二方向调整角度的能力，第二设备具有在第一方向调整角度的能力；或第一设备固定设置，第二设备具有在第一方向调整角度和在第二方向调整角度的能力。
在第一设备具有在第一方向调整角度和在第二方向调整角度的能力的情况下，调整装置可以是调整螺丝，其中，第一设备通过三颗调整螺丝设置于固定面板上，三颗调整螺丝为等边三角形的三个顶点。
可选地，在三颗调整螺丝为等边三角形的三个顶点的情况下，确定第一调整螺丝与对边的垂线所在的反向为第一方向，则第二调整螺丝与第三调整螺丝之间的连线方向即为第二方向，且满足第一反向与第二反向垂直。
作为一种可选的实施例，调整装置包括：第一调整螺丝，用于调整第一设备在第一方向的角度；第二调整螺丝和第三调整螺丝，用于调整第一设备在第二方向的角度。
采用本发明上述实施例，通过调整第一调整螺丝，可以在第一方向上实现对第一设备的角度调整，通过调整；第二调整螺丝和第三调整螺丝，可以在第二方向上实现对第一设备的调整，从而完成对第一设备的调整过程。
作为一种可选的实施例，目标对象为靶标，靶标包括：导热基板，用于传递加热膜产生的热量；加热膜，与导热基板的第一面贴合，用于产生热量；热标定板，热标定板的第一面与导热基板的第二面贴合，用于接收导热基板传递的热量，其中，热标定板的热导率高于导热基板的热导率；光学标定板，与热标定板的第二面贴合，其中，光学标定板的尺寸与热标定板的尺寸相同，光学标定板的颜色与导热基板的颜色不同。
采用本发明上述实施例，导热基板的第一面与加热膜贴合，导热基板的第二面与热标定板的第一面贴合，从而导热基板可以将加热膜产生的热量传递给热标定板，由于热标定板的热导率高于导热基板的热导率，因此，在第一设备和第二设备分别为红外成像设备和光学成像设备的情况下，可以在红外成像设备(或热成像设备)中，准确得到能够表示热标定版的形状和轮廓的热成像图像；在热标定板的第二面贴合尺寸相同的光学标定板，使光学成像设备可以根据光学标定板的光学图像确定热标定板的外轮廓，并且，为了使光学成像设备能够准确获取光学标定板的光学图像，可以使光学标定板的颜色与导热基板的颜色不同，进而根据光学图像，以及热成像图像所确定的，热标定板的尺寸和轮廓作为目标对象，来确定光学图像与热成像图像之间的图像配准信息，也即确定第一图像与第二图像的配准信息。
可选地，导热基板可以是塑料基板，热标定板可以是铝板。
需要说明的是，热导率，又称导热系数，是物质导热能力的度量，热导率大的物体是优良的热导体，热导率小的物体是热的不良导体或为热绝缘体。
可选地，光学成像设备包括低照度相机，红外成像设备(或热成像设备)包括红外探测器。
可选地，加热膜可以与电源相连，用于在电流的作用下产生热量。
可选地，光学标定板可以是黑色纸片，导热基板的颜色非为黑色以外的其他颜色。
可选地，光学标定板的颜色与导热基板的颜色为对比色。
需要说明的是，对比色，是指在色相环中相距120度到180度之间的两种颜色，也即两种可以明显区分的颜色。
本发明还提供了一种优选实施例，该优选实施例提供了一种显著提高图像配准质量的方案。
本发明的目的是设计一种红外探测器和低照度可见光摄像机的图像配准方案。从机械结构和算法上解决现有图像配准系统存在的精度高但实时性差或者实时性强精度低的问题。
图4是根据本发明实施例的一种提高图像配准质量的方案设备的结构示意图，如图4所示，包括支撑结构、低照度摄像机固定调整结构，红外探测器固定调整结构，以及驱动电路，其中，为支撑结构包括：⑧前面板(固定面板)和⑨底板；低照度摄像机固定调整结构包括：①支撑弹簧、②固定机构、③低照度摄像机、④调整螺丝1、⑤调整螺丝2、以及⑥调整螺丝；红外探测器固定调整结构包括：⑦固定螺丝组和
红外探测器构成；驱动电路包括：⑩驱动电路。
可选地，⑧前面板和⑨底板固定。低照度摄像机固定结构通过调整螺丝1、调整螺丝2、以及调整螺丝3和前面板固定；红外探测器固定结构通过固定螺丝组和前面板固定，并在前面板开出角度为2度的弧形槽以便于调整红外探测器轴向旋转。
可选地，驱动电路通过螺丝和铜柱固定在底板上。
可选地，低照度摄像机和红外探测器均通过排线连接到驱动电路上受驱动电路控制。
图5是根据本发明实施例的一种靶标的结构示意图，如图5所示，包括：加热膜51、塑料基板53、铝片55、黑色纸片57组成。
可选地，塑料基板的两侧分别粘有加热膜和铝片，铝片上贴有黑色纸片。
可选地，黑色纸片可以是标定板。
可选地，加热膜51与电源59相连，用于在电源提供电流的作用下产生热量。
图6是根据本发明实施例的一种显著提高图像配准质量的方案流程的示意图，如图6所示，本发明使用的低照度摄像机机芯集成了探测器和变焦镜头，其中，变焦镜头的最大放大倍数是30倍，而红外探测器匹配的则是定焦镜头。在本方案中，要调整变焦镜头的变倍倍数使之和红外探测器的视场大小一致(视场匹配)，然后读取此时变倍电机的数值，然后调整热成像仪(即红外探测器)，直到热成像仪(即红外探测器)的成像平面和可见光相机(低照度摄像机)的成像平面平行。然后将用于固定热成像仪(即红外探测器)的四颗固定螺丝拧紧，再调整用于固定低照度相机的调整螺丝1，调整低照度摄像机的俯仰角度使之在水平方向上和热成像图像重合，接下来再调整调整螺丝2和调整螺丝3调整低照度摄像机的垂直角度使之在竖直方向上和热成像图像重合，完成机械部分的初步校正。在完成对热成像仪和可见光相机的调整后，通过热成像仪和可见光相机进行靶标图像的获取，然后再对靶标图像进行靶标特征提取，并根据提取的信息进行靶标信息匹配，再根据匹配结果进行仿射变换参数的计算，确定热成像仪和可见光相机所采集的靶标图像的偏移量。在完成一次对靶标图像的处理后，可以调整热成像仪和可见光相机的所在位置与靶标之间距离，提取不同距离的靶标图像中的多个距离与偏移量的数据(多距离提取数据)，然后再根据提取的多个距离与偏移量进行曲线拟合，得出偏移量与距离之间的函数曲线(得出参数和距离曲线)。
图7是根据本发明实施例的一种获取目标对象的可见光图像和红外图像的示意图，如图7所示，目标对象可以是靶标，将靶标固定到和两个探测器(红外探测器和低照度相机)距离(即采集距离)固定的位置，再给加热膜通电，在红外热成像仪和低照度摄像机中分别观察靶标，并分别截取两个探测器的图像到上位机。
可选地，可以分别对可见光图像(光学图像)和红外图像(热成像图像)进行二值化处理可以得到两幅图像清晰的边缘。
图8是根据本发明实施例的可见光图像和红外图像边缘轮廓的示意图，如图8所示，可以分别求出靶标质量中心(质心)坐标则坐标偏移量(X1-X0，Y1-Y0)为红外图像水平和垂直平移量，其中，X0、X1、Y0和Y1都可以通过公式：
得出。
从图7和图8中可知，此坐标偏移量和靶标距探测器距离有对应关系，多次测量即可得到在不同距离处，不同的坐标偏移量。
可选地，可以计算每个点横纵坐标之和(Xi+Yi)取其最小值和最大值计算：
则可得出：α＝β1-β0则通过仿射变换公式：
因此，只需找到距离和角α的对应关系就可以求出仿射变换的参数。
此时得到两组对应关系，一组是旋转角度α和靶标距探测器的距离之间(即采集距离的离散点对应关系；一组是平移量(X1-X0，Y1-Y0)和靶标距探测器之间的距离(即采集距离)之间的离散点对应关系。
接下来进行曲线拟合，从原理可知无论是旋转角度α还是平移量(X1-X0，Y1-Y0)，都是随着距离的增加连续减小的。理论上，其连续曲线近似于反比例曲线，可以选择双曲型拟合。
可选地，选取的拟合函数模型，即第一拟合模型和第二拟合模型均为：
令：
则拟合曲线得出：
转化为a和b的线性拟合模型，用最小二乘法估计两个数的值得到：
进而，得出了旋转角度α和靶标距探测器的距离(采集距离)之间以及平移量(X1-X0，Y1-Y0)和靶标距探测器之间的距离(采集距离)之间的曲线拟合函数。
为了进一步提高算法的实时性减少嵌入式系统的运算量，本文将连续函数等间距采样、制表然后存入嵌入式图像处理系统的ROM当中。
系统获取图像距离信息后，自动匹配表中的距离信息，并做分段线性处理，计算对应的旋转角度α和平移量(X1-X0，Y1-Y0)。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (16)
1.一种图像配准方法，其特征在于，包括：
获取目标对象的第一图像和第二图像，其中，所述第一图像与所述第二图像的空间分辨率相同，所述第一图像和所述第二图像为第一设备和第二设备在成像面相互平行的状态下分别采集的图像；
根据所述第一图像和所述第二图像中的所述目标对象确定图像配准信息；
依据所述图像配准信息对所述第一设备和所述第二设备所采集的图像进行图像配准；
其中，根据所述第一图像和所述第二图像中的所述目标对象确定图像配准信息包括：
在所述第一图像中确定所述目标对象的第一质心，在所述第二图像中确定所述目标对象的第二质心；
根据所述第一质心和所述第二质心确定所述第一图像与所述第二图像之间的平移量和旋转角度；
根据所述平移量和所述旋转角度确定所述图像配准信息；
其中，根据所述平移量和所述旋转角度确定所述图像配准信息包括：
获取采集距离，其中，所述采集距离为图像采集位置与所述目标对象之间的距离，所述图像采集位置为所述第一设备和所述第二设备的位置；
确定所述平移量与所述采集距离之间的第一拟合模型，以及所述旋转角度与所述采集距离之间的第二拟合模型，其中，所述第一拟合模型和所述第二拟合模型均为双曲线函数模型；
根据所述双曲线函数模型确定所述图像配准信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取目标对象的第一图像和第二图像包括：
确定所述第一设备和所述第二设备的成像面是否相互平行；
在确定所述第一设备和所述第二设备的成像面相互平行的情况下，分别通过所述第一设备获取所述目标对象的所述第一图像，通过所述第二设备获取所述目标对象的所述第二图像。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一设备和/或所述第二设备具有在第一方向和第二方向调整角度的能力，所述第一方向与所述第二方向垂直。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述第一设备具有在第一方向调整角度和在第二方向调整角度的能力，所述第二设备固定设置；或
所述第一设备具有在第一方向调整角度的能力，所述第二设备具有在第二方向调整角度的能力；或
所述第一设备具有在第二方向调整角度的能力，所述第二设备具有在第一方向调整角度的能力；或
所述第一设备固定设置，所述第二设备具有在第一方向调整角度和在第二方向调整角度的能力。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取目标对象的第一图像和第二图像包括：
确定所述第一设备和所述第二设备的视场大小是否一致；
在所述第一设备与所述第二设备的视场大小一致的情况下，获取所述目标对象的所述第一图像和所述第二图像，其中，在所述第一设备与所述第二设备的视场大小一致的情况下，所述第一图像和所述第二图像的所述空间分辨率相同。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一设备和/或所述第二设备具有调整焦距的能力，通过调整所述第一设备或所述第二设备的焦距可以实现对第一设备或第二设备视场大小的调整。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第一图像中确定所述目标对象的第一质心，在所述第二图像中确定所述目标对象的第二质心包括：
分别对所述第一图像和所述第二图像进行二值化处理，得到所述目标对象在所述第一图像中的第一轮廓和所述目标对象在所述第二图像中的第二轮廓；
根据所述第一轮廓确定所述目标对象的所述第一质心，根据所述第二轮廓确定所述目标对象的所述第二质心。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述平移量和所述旋转角度确定所述图像配准信息包括：
根据所述平移量和所述旋转角度确定所述第一图像和所述第二图像之间的仿射变换关系；
根据所述仿射变换关系确定所述图像配准信息。
9.一种图像配准装置，其特征在于，包括：
获取单元，用于获取目标对象的第一图像和第二图像，其中，所述第一图像与所述第二图像的空间分辨率相同，所述第一图像和所述第二图像为第一设备和第二设备在成像面相互平行的状态下分别采集的图像；
确定单元，用于根据所述第一图像和所述第二图像中的所述目标对象确定图像配准信息；
配准单元，用于依据所述图像配准信息对所述第一设备和所述第二设备所采集的图像进行图像配准；
其中，根据所述第一图像和所述第二图像中的所述目标对象确定图像配准信息包括：
在所述第一图像中确定所述目标对象的第一质心，在所述第二图像中确定所述目标对象的第二质心；
根据所述第一质心和所述第二质心确定所述第一图像与所述第二图像之间的平移量和旋转角度；
根据所述平移量和所述旋转角度确定所述图像配准信息；
其中，根据所述平移量和所述旋转角度确定所述图像配准信息包括：
获取采集距离，其中，所述采集距离为图像采集位置与所述目标对象之间的距离，所述图像采集位置为所述第一设备和所述第二设备的位置；
确定所述平移量与所述采集距离之间的第一拟合模型，以及所述旋转角度与所述采集距离之间的第二拟合模型，其中，所述第一拟合模型和所述第二拟合模型均为双曲线函数模型；
根据所述双曲线函数模型确定所述图像配准信息。
10.一种图像配准装置，其特征在于，包括：
第一设备和第二设备，用于分别获取目标对象的第一图像和第二图像，其中，所述第一图像与所述第二图像的空间分辨率相同，所述第一图像和所述第二图像为第一设备和第二设备在成像面相互平行的状态下分别采集的图像；
上位机，用于根据所述第一图像和所述第二图像中的所述目标对象确定图像配准信息，并依据所述图像配准信息对所述第一设备和所述第二设备所采集的图像进行图像配准；
其中，根据所述第一图像和所述第二图像中的所述目标对象确定图像配准信息包括：
在所述第一图像中确定所述目标对象的第一质心，在所述第二图像中确定所述目标对象的第二质心；
根据所述第一质心和所述第二质心确定所述第一图像与所述第二图像之间的平移量和旋转角度；
根据所述平移量和所述旋转角度确定所述图像配准信息；
其中，根据所述平移量和所述旋转角度确定所述图像配准信息包括：
获取采集距离，其中，所述采集距离为图像采集位置与所述目标对象之间的距离，所述图像采集位置为所述第一设备和所述第二设备的位置；
确定所述平移量与所述采集距离之间的第一拟合模型，以及所述旋转角度与所述采集距离之间的第二拟合模型，其中，所述第一拟合模型和所述第二拟合模型均为双曲线函数模型；
根据所述双曲线函数模型确定所述图像配准信息。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：固定面板；
所述第一设备和所述第二设备通过调整装置设置于所述固定面板上，其中，所述调整装置用于调整所述第一设备第二设备与所述固定面板的角度，和/或调整所述第二设备与所述固定面板的角度。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述调整装置，还用于调整所述第一设备和/或所述第二设备在第一方向和第二方向角度，所述第一方向与所述第二方向垂直。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述调整装置包括：
第一调整螺丝，用于调整所述第一设备在第一方向的角度；
第二调整螺丝和第三调整螺丝，用于调整所述第一设备在第二方向的角度。
14.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述目标对象为靶标，所述靶标包括：
导热基板，用于传递加热膜产生的热量；
所述加热膜，与所述导热基板的第一面贴合，用于产生热量；
热标定板，所述热标定板的第一面与所述导热基板的第二面贴合，用于接收所述导热基板传递的热量，其中，所述热标定板的热导率高于所述导热基板的热导率；
光学标定板，与所述热标定板的第二面贴合，其中，所述光学标定板的尺寸与所述热标定板的尺寸相同，所述光学标定板的颜色与所述导热基板的颜色不同。
15.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质包括存储的程序，其中，所述程序执行权利要求1至8中任意一项所述的图像配准方法。
16.一种处理器，其特征在于，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行权利要求1至8中任意一项所述的图像配准方法。
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| Range image registration for free-form surfaces using curvature information as invariance;Markus Rieder等;《9th European Signal Processing Conference (EUSIPCO 1998)》;19980908;1-4 * |
| 基于旋转图像特征描述子改进的ICP算法;郎萍等;《计算机工程与设计》;20161031;第37卷(第10期);2750-2774 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108550104A (zh) | 2018-09-18 |
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