專利名稱：基于jtc的高精度光電混合像移測(cè)量裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及用于圖像配準(zhǔn)和像移測(cè)量的光學(xué)聯(lián)合變換相 關(guān)方法和測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
近年來(lái)光學(xué)相關(guān)的研究發(fā)展十分迅速，從較早的匹配濾波器(Vander LugtCorrelator)到聯(lián)合變換相關(guān)器(Joint Transform Correlator-JTC)，從純光學(xué)系統(tǒng) 發(fā)展到計(jì)算機(jī)控制的光電混合系統(tǒng)。聯(lián)合變換相關(guān)器既有光學(xué)的并行處理、大容量和高速 度的優(yōu)點(diǎn)，又有計(jì)算機(jī)處理的靈活性及可編程性。因此，聯(lián)合變換相關(guān)器已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用 于機(jī)器視覺(jué)、目標(biāo)跟蹤、物體監(jiān)測(cè)、光學(xué)計(jì)算等諸多領(lǐng)域。同樣，聯(lián)合變換相關(guān)器也可以被應(yīng) 用在遙感領(lǐng)域，通過(guò)這種有效的技術(shù)手段和裝置可以進(jìn)行圖像配準(zhǔn)、超分辨率影像重建和 相機(jī)成像過(guò)程的像移測(cè)量。但是，這也對(duì)光學(xué)聯(lián)合變換相關(guān)技術(shù)提出了新的要求，如高精度 的影像錯(cuò)位測(cè)量性能、測(cè)量裝置小型化和實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)性等。聯(lián)合變換相關(guān)器的工作過(guò)程可以分成兩步，即聯(lián)合變換功率譜的記錄和功率譜的 相關(guān)讀出。典型的聯(lián)合變換相關(guān)器結(jié)構(gòu)如

圖1所示。在進(jìn)行兩幅影像像移測(cè)量或配準(zhǔn)時(shí)，首 先將參考影像fr (X，y)和被測(cè)影像ft (χ, y)加載到空間光調(diào)制器SLM13上，中心位置分別為 (-a,0), (a，0)，如圖2所示。為表述方便，用三角符號(hào)代表兩幅圖像中的共同景物(其中， 實(shí)線三角14代表參考圖像，實(shí)線三角15代表當(dāng)前圖像，虛線三角16代表當(dāng)前理想圖像)， 兩幅圖像間沿x、y方向的錯(cuò)位或像移分別為SX、3 7，則相關(guān)器的輸入1(^7)可表示為i (x, y) = fr(x, y-a) +ft (χ+ δ χ, y+a+ δ y)激光器發(fā)出得單色相干光經(jīng)準(zhǔn)直后照射到SLM13上，經(jīng)輸入圖像i (X，y)調(diào)制后通 過(guò)傅立葉透鏡FL14完成第一次傅里葉變換，得到其頻譜函數(shù)T (u，ν)T (u，v) = Fr (u，ν) exp (_2i π av) +Ftexp {2i π [u δ χ+ (a+ δ y)v]}T (u, ν)的功率譜 函數(shù)為
權(quán)利要求
1.一種基于JTC的高精度光電混合像移測(cè)量裝置，包括激光器、設(shè)置在該激光器光路 上的準(zhǔn)直鏡、設(shè)置在該準(zhǔn)直鏡的出射光路上的空間光調(diào)制器SLM、設(shè)置在空間光調(diào)制器SLM 的出射光路上的傅立葉透鏡和用于接收該傅立葉透鏡的出射光線的CCD器件，其特征在 于該裝置還包括連接于所述CCD器件的輸出端的用于結(jié)合聯(lián)合變換功率譜數(shù)據(jù)進(jìn)行局部 離散傅立葉變換計(jì)算、來(lái)獲得互相關(guān)峰鄰域的升采樣影像的數(shù)字處理單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于JTC的高精度光電混合像移測(cè)量裝置，其特征在于所 述數(shù)字處理單元是FPGA。
3.一種基于JTC的高精度光電混合像移測(cè)量方法，其特征在于該方法包括步驟1)通 過(guò)參考影像和被測(cè)影像在SLM上的放置坐標(biāo)和傅立葉變換的基本屬性確定在兩幅影像無(wú) 錯(cuò)位情況下一個(gè)理想互相關(guān)峰在相關(guān)輸出面上的坐標(biāo)。然后，根據(jù)被測(cè)影像相對(duì)于參考影 像的錯(cuò)位的變換范圍開(kāi)窗計(jì)算以這個(gè)理想互相關(guān)峰為中心的局部相關(guān)輸出數(shù)據(jù)，并初步確 定實(shí)際互相關(guān)峰在相關(guān)輸出面上的坐標(biāo)；步驟2、、以實(shí)際互相關(guān)峰為中心計(jì)算局部相關(guān)輸出數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)該相關(guān)輸出數(shù)據(jù)的k倍 升采樣局部傅立葉變換，從而得到實(shí)際互相關(guān)峰在Ι/k個(gè)像元精度下的坐標(biāo)位置，并與理 想互相關(guān)峰坐標(biāo)進(jìn)行比較，獲得參考影像和被測(cè)影像在Ι/k個(gè)像元精度下的配準(zhǔn)數(shù)據(jù)或像 移數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于JTC的高精度光電混合像移測(cè)量方法，其特征在于所 述k倍升采樣局部傅立葉變換是通過(guò)離散傅立葉變換矩陣乘法或分?jǐn)?shù)傅立葉變換實(shí)現(xiàn)的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于JTC的高精度光電混合像移測(cè)量裝置，包括激光器、設(shè)置在該激光器光路上的準(zhǔn)直鏡、設(shè)置在該準(zhǔn)直鏡的出射光路上的空間光調(diào)制器SLM、設(shè)置在空間光調(diào)制器SLM的出射光路上的傅立葉透鏡和用于接收該傅立葉透鏡的出射光線的CCD器件，該裝置還包括連接于所述CCD器件的輸出端的用于結(jié)合聯(lián)合變換功率譜數(shù)據(jù)進(jìn)行局部離散傅立葉變換計(jì)算、來(lái)獲得互相關(guān)峰鄰域的升采樣影像的數(shù)字處理單元。本發(fā)明只需要一套光學(xué)傅立葉變換裝置，有利于縮小整個(gè)檢測(cè)裝置的體積、成本，降低系統(tǒng)的復(fù)雜性，所提出的互相關(guān)峰檢測(cè)技術(shù)能夠在不增加計(jì)算量的情況下獲得互相關(guān)峰的高分辨率內(nèi)插數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)影像間錯(cuò)位或像移的高精度檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01B11/00GK102062572SQ20091021893
公開(kāi)日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2009年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月13日
發(fā)明者姚大雷, 易紅偉, 李旭陽(yáng), 李英才, 趙惠, 馬臻 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所