CN112995528A - 一种光电分幅相机通道间图像配准装置、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光电分幅相机通道间图像配准装置、系统及方法，本发明的配准装置包括散斑配准板以及能够对所述散斑配准板进行均匀照明的光源组件；所述光源组件设置于所述散斑配准板的背面；所述散斑配准板的正面制作有散斑图案；所述散斑图案中，黑色散斑区域为非透光区域，白色散斑区域为透光区域。本发明可实现对光电分幅相机通道间几何差异的快速校正，且能够将差异校正至像素乃至亚像素量级，校正精度高。

Description

一种光电分幅相机通道间图像配准装置、系统及方法

技术领域

本发明属于高速摄影技术领域，具体涉及一种光电分幅相机通道间图像配准装置、系统及方法。

背景技术

光电分幅相机是一类重要的高速/超高速高速相机。该类相机的成像原理为：通过成像物镜和分光系统将目标像成像于多个通道像增强器光阴极上，经过像增强器的电子倍增后成像于像增强器的荧光屏上，采用耦合物镜将像增强器荧光屏上的图像耦合入CCD/CMOS等图像接收器件上实现图像的记录。摄影中，像增强器光阴极可实现快速打开和关闭，因此系统的摄影频率与曝光时间可以通过控制选通不同通道的像增强器的开门时间来设置。

由于光电分幅相机采用多个通道对目标图像进行接收，通道间图像存在不可避免的几何差异，例如放大率的不一致、图像间的偏移和旋转等。这些差异不仅会降低图像序列展示的效果，同时对图像信息的定量解读带来误差乃至错误。一般通过通道间的精细光机装调对通道间的几何差异进行控制，但是由于接收芯片的像元尺寸常常为μm量级，这导致仅通过装调常常无法将差异控制到理想的范围。

发明内容

为了解决现有光电分幅相机采用装调技术对通道间的几何差异的控制精度较差的技术问题，本发明提供了一种光电分幅相机通道间图像配准装置。本发明通过设置一种散斑配准板装置，能够实现对光电分幅相机通道间几何差异进行精确配准。

本发明通过下述技术方案实现：

一种光电分幅相机通道间图像配准装置，本发明的配准装置包括散斑配准板以及能够对所述散斑配准板进行均匀照明的光源组件；

所述光源组件设置于所述散斑配准板的背面；

所述散斑配准板的正面制作有散斑图案；

所述散斑图案中，黑色散斑区域为非透光区域，白色散斑区域为透光区域。

优选的，本发明的光源组件由LED照明光源和匀化板构成；

所述匀化板设置在所述散斑配准板的背面，所述LED照明光源设置在所述匀化板的背面。

优选的，本发明的光源组件采用多个所述LED照明光源，且多个所述LED照明光源沿所述匀化板周向均匀分布。

优选的，本发明的匀化板采用但不限于毛玻璃制作而成。

优选的，本发明的光源组件采用但不限于平面光源。

优选的，本发明的散斑图案采用但不限于电镀或喷涂方式制作。

优选的，本发明的散斑配准板采用透明材质制作。具体的，本发明的散斑配准板的材质采用不限于玻璃等透明材质。

另一方面，本发明还提出了一种光电分幅相机通道间图像配准系统，包括本发明所述的配准装置；

所述配准装置的散斑图案表面设置于中继物镜的像面处；

所述光源组件对所述散斑配准板进行背光照明，所述散斑图案经过中继物镜和分光系统后再成像于各个通道的像增强器的光阴级上，经过像增强器增益后在其荧光屏上形成相应图像，该图像最终被耦合物镜成像于接受器件上。

本发明在光电分幅相机中设置上述配准装置，实现对图像间几何差异进行检测和拟合，然后对图像进行几何校正来实现精确配准。

本发明还提出了一种基于上述光电分幅相机通道间图像配准系统的配准方法，该方法包括以下步骤：

步骤S1，通过对所述图像配准系统获取的各通道散斑图像进行分析，获得各通道间逐像素相对位移；

步骤S2，对各通道间逐像素相对位移进行拟合，得到各通道对应的校正函数；

步骤S3，采用所述步骤S2得到的校正函数对获得的对应通道图像进行校正，即完成图像的配准。

优选的，本发明的步骤S1具体分析过程为：

选择所述图像配准系统中的任一通道作为基准通道，求解其他通道相对该基准通道的逐像素位移。

本发明具有如下的优点和有益效果：

本发明可实现对光电分幅相机通道间几何差异的快速校正，且能够将差异校正至像素乃至亚像素量级，校正精度高。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的配准装置结构原理图。图1中：（a）为本发明的配准装置结构示意图；（b）为本发明的配准装置背面视图；（c）为本发明的散斑配准板正面制作散斑图案示意图。

图2为本发明的配准系统结构示意图。

图3为本发明采集的不同通道对散斑配准板所成图像对比图。

图4为本发明的配置方法流程示意图。

图5为本发明的计算机设备结构示意图。

图6为本发明的配装装置的另一结构实现方式。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-LED照明光源，2-匀化板，3-散斑配准板，4-平面光源，5-中继物镜，6-分光系统，7-像增强器，8-耦合物镜，9-接受器件，10-基准通道图像，11-匹配通道图像。

具体实施方式

在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所发明的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

在本发明的各种实施例中，表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。

在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。

应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。

在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

本实施例提出了一种光电分幅相机通道间图像配准装置，具体如图1所示，本实施例的配准装置主要由散斑配准板3，以及对散斑配准板3进行均匀照明的光源组件构成，光源组件设置于散斑配准板3的背面，散斑配准板3的正面制造散斑图案。

本实施例的光源组件可与散斑配准板3一体化设置或分离式设置，光源照射方向可采用前照明或被照明。

本实施例的配准装置的应用原理为：

配准过程中，散斑配准板3的散斑图案表面（背面）放置在光电分幅相机分光系统之前的中继像面处，通过光源组件对散斑配准板3进行照射，然后，光电分幅相机各通道对散斑配准板进行成像并保存图像。

本实施例的光源组件由LED照明光源1和匀化板2构成。

如图1（a）所示，本实施例的匀化板2设置在散斑配准板3的背面，本实施例的LED照明光源1设置在匀化板2远离散斑配准板3的一面，为了提高照明均匀化，具体如图1（b）所示，本实施例采用多个LED照明光源1沿匀化板2周向均匀分布进行照明。

本实施例的匀化板2可以采用毛玻璃等材质制作。

如图1（c）所示，本实施例在散斑配准板3正面制作的散斑图案，该散斑图案的尺度优选控制在成像后5个像素。

本实施例的散斑配准板3可以采用玻璃等透明材质制作，散斑图案可以采用电镀或喷涂方式制作，且制作后的散斑图案中黑色散斑区域为非透光区域，白色区域为透光区域，从而在均匀照明下形成高对比度散斑图案。

将本实施例提出的配准装置应用于光电分幅相机构成配准系统，实现光电分幅相机通道间图像的精确配准。具体如图2所示，本实施例将配装装置安装在光电分幅相机的中继物镜5之前，特别是散斑配准板3的散斑表面需处于中继物镜5的像面处，通常光电分幅相机在此位置会预留精密定位插口，可将散斑配准装置插入并精确定位，安装完成之后进行各通道图像采集，具体过程为：

LED光源1发出的照明光经匀化板2匀化后对散斑配准板3进行背光照明，散斑图案经过中继物镜5和分光系统6后在成像于各个通道的像增强器7的光阴极上，经过像增强器7增益后在其荧光屏上形成相应图像，该图像最终被耦合物镜8成像于接受器件9的芯片上并被记录下来。

由于通道间存在由于加工、装调等过程带来的差异，在不同通道的接受器件9上采集的图像不可避免的存在几何差异。如图3所示，图像10为某通道对散斑配准板3所成的像，其采集的为虚线对应区域；图像11为另一通道对散斑配准板3所成的像，其采集的为点划线对应区域。明显的，两个通道间采集的图像存在位移、放大率和旋转差异。

针对上述差异，本实施例提出了一种配准方法来对其进行检测和处理，具体过程如图4所示：

步骤101，通过如图3所示的配准系统采集各通道散斑图像。

步骤102，对各通道散斑图像进行分析处理，得到各通道间逐像素的相对位移。具体的，本实施例中以某个通道的图像作为基准，求解得到其他各个通道相对该基准通道的逐像素位移。

步骤103，对步骤102获得的各通道间逐像素的相对位移进行拟合处理，从而获得各个通道对应的校正函数。具体的，本实施例中采用二元函数对各通道间逐像素的相对位移进行拟合，本实施例中采用的二元函数可以为一次、二次或高次，根据通道图像间几何差异的具体情形而定。

步骤104，在实际成像过程中，采用所述校正函数对获得的各通道图像进行校正，即完成图像的配准。

具体的，本实施例以图3采集的图像进行分析：

以图像10为基准通道图像，图像11为匹配通道图像，经数字图像相关法运算后，可得图像11相对于图像10的逐像素位移

，

每行的二维向量对应图像中一个像素的水平和竖直方向的位移。

本实施例采用二次二元函数对上述得到的各通道间的逐像素相对位移进行拟合，从而获得各个通道对应的校正函数，该函数的参数可通过下式求解：

（1）

其中

每行均为

对应行的像素坐标，符号“

”表示对向量逐项相乘，

为校正参数矩阵，该矩阵形式为：

（2）

其中

和

为分别为在

方向（水平方向）和

方向（竖直方向）的校正系数。

当实际图像采集完毕后，采用上述步骤得到的校正参数对各通道图像进行校正，各通道校正过程分别采用该通道采用（1）式得到的校正参数通过下式进行校正：

（3）

式中

为

经过校正后对应的新的像素坐标，由于

计算后通常为小数，经过整像素插值后则可得到配准后的图像。

由于系统各通道特性的变化均较为缓慢，因此通过散斑配准装置获得一次校正函数后，该函数的参数可长期使用。即每次成像后只需在软件中采用以往求取的校正函数进行校正，其他操作步骤不需要频繁进行。

本实施例还提出了一种计算机设备，用于执行本实施例的上述方法。

具体如图5所示，计算机设备包括处理器、内存储器和系统总线；内存储器和处理器在内的各种设备组件连接到系统总线上。处理器是一个用来通过计算机系统中基本的算术和逻辑运算来执行计算机程序指令的硬件。内存储器是一个用于临时或永久性存储计算程序或数据(例如，程序状态信息)的物理设备。系统总线可以为以下几种类型的总线结构中的任意一种，包括存储器总线或存储控制器、外设总线和局部总线。处理器和内存储器可以通过系统总线进行数据通信。其中内存储器包括只读存储器(ROM)或闪存(图中未示出)，以及随机存取存储器(RAM)，RAM通常是指加载了操作系统和计算机程序的主存储器。

计算机设备一般还包括一个外存储设备。外存储设备可以从多种计算机可读介质中选择，计算机可读介质是指可以通过计算机设备访问的任何可利用的介质，包括移动的和固定的两种介质。例如，计算机可读介质包括但不限于，闪速存储器(微型SD卡)，CD-ROM，数字通用光盘(DVD)或其它光盘存储、磁带盒、磁带、磁盘存储或其它磁存储设备，或者可用于存储所需信息并可由计算机设备访问的任何其它介质。

计算机设备可在网络环境中与一个或者多个网络终端进行逻辑连接。网络终端可以是个人电脑、服务器、路由器、智能电话、平板电脑或者其它公共网络节点。计算机设备通过网络接口（局域网LAN接口）与网络终端相连接。局域网(LAN)是指在有限区域内，例如家庭、学校、计算机实验室、或者使用网络媒体的办公楼，互联组成的计算机网络。WiFi和双绞线布线以太网是最常用的构建局域网的两种技术。

应当指出的是，其它包括比计算机设备更多或更少的子系统的计算机系统也能适用于发明。

如上面详细描述的，适用于本实施例的计算机设备能执行配准方法的指定操作。计算机设备通过处理器运行在计算机可读介质中的软件指令的形式来执行这些操作。这些软件指令可以从存储设备或者通过局域网接口从另一设备读入到存储器中。存储在存储器中的软件指令使得处理器执行上述的群成员信息的处理方法。此外，通过硬件电路或者硬件电路结合软件指令也能同样实现本发明。因此，实现本实施例并不限于任何特定硬件电路和软件的组合。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于，本实施例的配准装置中的光源组件采用平面光源4，替代实施例1中的LED照明光源1和匀化板2，其应用以及配准过程与上述实施例1均相同，此处不再赘述，具体如图6所示。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光电分幅相机通道间图像配准装置，其特征在于，该配准装置包括散斑配准板（3）以及能够对所述散斑配准板（3）进行均匀照明的光源组件；

所述光源组件设置于所述散斑配准板（3）的背面；

所述散斑配准板（3）的正面制作有散斑图案；

所述散斑图案中，黑色散斑区域为非透光区域，白色散斑区域为透光区域。

2.根据权利要求1所述的一种光电分幅相机通道间图像配准装置，其特征在于，所述光源组件由LED照明光源（1）和匀化板（2）构成；

所述匀化板（2）设置在所述散斑配准板（3）的背面，所述LED照明光源设置在所述匀化板（2）的背面。

3.根据权利要求2所述的一种光电分幅相机通道间图像配准装置，其特征在于，所述光源组件采用多个所述LED照明光源（1），且多个所述LED照明光源（1）沿所述匀化板（2）周向均匀分布。

4.根据权利要求2所述的一种光电分幅相机通道间图像配准装置，其特征在于，所述匀化板（2）采用毛玻璃制作而成。

5.根据权利要求1所述的一种光电分幅相机通道间图像配准装置，其特征在于，所述光源组件采用平面光源（4）。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种光电分幅相机通道间图像配准装置，其特征在于，所述散斑图案采用电镀或喷涂方式制作。

7.根据权利要求1-5任一项所述的一种光电分幅相机通道间图像配准装置，其特征在于，所述散斑配准板（3）采用透明材质制作。

8.一种光电分幅相机通道间图像配准系统，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的配准装置；

所述配准装置的散斑图案表面设置于中继物镜（5）的像面处；

所述光源组件对所述散斑配准板（3）进行背光照明，所述散斑图案经过中继物镜（5）和分光系统（6）后再成像于各个通道的像增强器（7）的光阴级上，经过像增强器（7）增益后在其荧光屏上形成相应图像，该图像最终被耦合物镜（8）成像于接受器件（9）上。

9.一种基于如权利要求8所述的光电分幅相机通道间图像配准系统的配准方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤S1，通过对所述图像配准系统获取的各通道散斑图像进行分析，获得各通道间逐像素相对位移；

步骤S2，对各通道间逐像素相对位移进行拟合，得到各通道对应的校正函数；

步骤S3，采用所述步骤S2得到的校正函数对获得的对应通道图像进行校正，即完成图像的配准。

10.根据权利要求9所述的配准方法，其特征在于，所述步骤S1具体分析过程为：

选择所述图像配准系统中的任一通道作为基准通道，求解其他通道相对该基准通道的逐像素位移。

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