專利名稱：一種基于光纖的大視場(chǎng)高分辨率成像裝置及其拼接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于光纖的大視場(chǎng)高分辨率成像裝置及其拼接方法，屬于 信息技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景大視場(chǎng)高分辨率圖像在現(xiàn)實(shí)生活中有著廣泛的應(yīng)用。比如用于空間相機(jī)、 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)、用于機(jī)器人導(dǎo)航、大場(chǎng)景智能監(jiān)控、空對(duì)地、地對(duì)空打擊、模式識(shí)別等領(lǐng)域。但是由于單個(gè)CCD的空間分辨率有限，所以很難獲得大視場(chǎng)高 分辨率圖像。目前國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)方法是多個(gè)攝像頭組合成一個(gè)攝像陣列，然后釆 用圖像拼接方法。當(dāng)前圖像拼接方法主要是通過(guò)一定的算法搜尋相鄰兩幅圖像 中相同的對(duì)象，從而確定它們的相對(duì)位置，這就要求兩幅圖像中必須具有比較 明顯特征的同一個(gè)對(duì)象，并且要求兩幅圖像重疊比例也較大，還有算法耗時(shí)。 還有一種是本課題組提出的按著攝像機(jī)視場(chǎng)重合的固定比例進(jìn)行剪切的直接拼 接法，這種方法要求CCD的對(duì)齊精度很高，特別是這種方法在物距變化時(shí)，拼 接誤差很大。還有利用光學(xué)棱鏡把大視場(chǎng)高分辨率圖像分解成幾個(gè)部分，再利 用CCD成像，但是這種方法分解的個(gè)數(shù)只有3個(gè)，非常有限。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種快捷、高質(zhì)量獲得高分辨率大視場(chǎng) 數(shù)字圖像的大視場(chǎng)高分辨率成像裝置。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于光纖的大視場(chǎng)高分辨率成像裝置 及其拼接方法。一種基于光纖的大視場(chǎng)高分辨率成像裝置及其拼接方法，其特征在于裝置 包括大視場(chǎng)高分辨率光學(xué)成像鏡頭、 一分N光纖傳像東、N個(gè)CCD(CCD為電荷 藕合元件)、N路輸入的圖像采集卡、計(jì)算機(jī)和顯示器，其中N^2, —分N光纖 傳像東安裝在大視場(chǎng)高分辨率光學(xué)成像鏡頭的像平面處，把大視場(chǎng)高分辨率的 光學(xué)圖像分成N個(gè)部分，其中一分N光纖傳像束的每一個(gè)對(duì)接著一個(gè)CCD，每個(gè) CCD分別對(duì)各個(gè)小視場(chǎng)成像，各個(gè)CCD通過(guò)N路輸入的圖像釆集卡把圖像輸入到 計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)再把各個(gè)CCD釆集的小視場(chǎng)圖像按著固有的排列規(guī)律利用拼 接算法拼接成一個(gè)高分辨率大視場(chǎng)的數(shù)字圖像。前述的一種基于光纖的大視場(chǎng)高分辨率成像裝置的拼接算法，其特征在于具有以下步驟(1) 首先根據(jù)一分N光纖傳像東的排列規(guī)律直接把對(duì)應(yīng)的CCD采集的小視 場(chǎng)圖像拼接起來(lái)；(2) 將相鄰兩幅圖像的其中一幅旋轉(zhuǎn)一定角度，對(duì)于圖像變換中產(chǎn)生的原 圖中非整數(shù)位置點(diǎn)采用最鄰近插值計(jì)算該點(diǎn)像素值；(3) 取未旋轉(zhuǎn)圖像邊緣的最后一列的4/5作為模板，其中上下各余1/10,將旋轉(zhuǎn)圖像作為待匹配圖像，在待匹配圖像的第一列中從第一個(gè)象素開(kāi)始依次 向下取與模板相同個(gè)數(shù)的像素作為子圖，計(jì)算模板與子圖的相關(guān)系數(shù)，然后向 下移動(dòng)一個(gè)像素，每移動(dòng)一個(gè)像素，計(jì)算一次模板與子圖的相關(guān)系數(shù)，并記下 其行列位置及這次旋轉(zhuǎn)角度；(4) 當(dāng)待匹配圖像的子圖移動(dòng)到第一列象素的底端時(shí)，再向右移動(dòng)按步驟 (3)的方法計(jì)算下一列象素；(5) 當(dāng)設(shè)定的待匹配圖像中的列數(shù)計(jì)算完畢后，返回到步驟(2);(6) 當(dāng)達(dá)到設(shè)定的最大旋轉(zhuǎn)角度時(shí)，排序后，取相關(guān)系數(shù)最大值，并按相 關(guān)系數(shù)最大時(shí)的旋轉(zhuǎn)角度和行列位置補(bǔ)償圖像；(7) 最后，分別計(jì)算兩幅相鄰圖像在拼接縫處重疊部分M列的R、 G、 B三 通道色差值，去掉一部分最大和最小值后，再取均值，然后以此均值補(bǔ)償待匹 配圖像；(8 )對(duì)N個(gè)CCD釆集的相鄰圖像進(jìn)行(1)到(7 )步拼接，得到大視場(chǎng)高 分辨率數(shù)字圖像。本發(fā)明的工作原理是利用光纖傳像束的特性把光學(xué)成像鏡頭獲得的高分辨 率大視場(chǎng)光學(xué)圖像分成多個(gè)小光學(xué)圖像，再通過(guò)多個(gè)CCD高分辨率成像，最后 利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像直接拼接獲得大視場(chǎng)高分辨率數(shù)字圖像。本發(fā)明專利的有益效果是快捷、高質(zhì)量地獲得大視場(chǎng)高分辨率圖像。


圖i為基于光纖的大視場(chǎng)高分辨率成像裝置組成示意圖； 圖2為一分四光纖傳像束示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明專利進(jìn) 一步說(shuō)明。如圖l所示的基于光纖的大視場(chǎng)高分辨率成像裝置組成示意圖，包括大視 場(chǎng)高分辨率光學(xué)成像鏡頭l、 一分四光纖傳像束2、四個(gè)CCD3、四路輸入的圖像 釆集卡4、計(jì)算機(jī)5和顯示器6。如圖2所示的一分四光纖傳像束示意圖。一種基于光纖的大視場(chǎng)高分辨率成像裝置及其拼接方法，其特征是裝置包括大視場(chǎng)高分辨率光學(xué)成像鏡頭1、 一分四光纖傳像束2、四個(gè)CCD3、四路輸入的 圖像采集卡4、計(jì)算機(jī)5和顯示器6， 一分四光纖傳像束安裝在大視場(chǎng)高分辨率 光學(xué)成像鏡頭1的像平面處，把大視場(chǎng)高分辨率的光學(xué)圖像分成四個(gè)部分，其 中一分四光纖傳像東2的每一個(gè)對(duì)接著一個(gè)CCD3，每個(gè)CCD3分別對(duì)各個(gè)小視場(chǎng) 成像，各個(gè)CCD3通過(guò)四路輸入的圖像釆集卡4把圖像輸入到計(jì)算機(jī)5中，計(jì)算 機(jī)5再把各個(gè)CCD3釆集的小視場(chǎng)圖像按著固有的排列規(guī)律利用拼接算法拼接成一個(gè)高分辨率大視場(chǎng)的數(shù)字圖像在顯示器顯示。前述的一種基于光纖的大視場(chǎng)高分辨率成像裝置的拼接算法，其特征在于具 有以下步驟(1) 首先根據(jù)一分四光纖傳像束的排列規(guī)律直接把對(duì)應(yīng)的CCD釆集的小視 場(chǎng)圖像拼接起來(lái)；(2) 將相鄰兩幅圖像的其中一幅旋轉(zhuǎn)r,對(duì)于圖像變換中產(chǎn)生的原圖中非整 數(shù)位置點(diǎn)釆用最鄰近插值計(jì)算該點(diǎn)像素值；(3) 取未旋轉(zhuǎn)圖像邊緣的最后一列的4/5作為模板(其中上下各余1/10)， 將旋轉(zhuǎn)圖像作為待匹配圖像，在待匹配圖像的第一列中從第一個(gè)象素開(kāi)始依次 向下取與模板相同個(gè)數(shù)的像素作為子圖，計(jì)算模板與子圖的相關(guān)系數(shù)，然后向 下移動(dòng)一個(gè)像素，每移動(dòng)一個(gè)像素，計(jì)算一次模板與子圖的相關(guān)系數(shù)，并記下 其行列位置及這次旋轉(zhuǎn)角度；(4) 當(dāng)待匹配圖像的子圖移動(dòng)到第一列象素的底端時(shí)，再向右移動(dòng)按步驟 (3)的方法計(jì)算下一列象素；(5) 當(dāng)設(shè)定的待匹配圖像中的列數(shù)計(jì)算完畢后，返回到步驟(2)。(6) 當(dāng)達(dá)到設(shè)定的最大旋轉(zhuǎn)角度時(shí)，排序后，取相關(guān)系數(shù)最大值，并按相 關(guān)系數(shù)最大時(shí)的旋轉(zhuǎn)角度和行列位置補(bǔ)償圖像；(7) 最后，分別計(jì)算兩幅相鄰圖像在拼接縫處重疊部分1列的R、 G、 B三 通道色差值，去掉一部分最大和最小值后，再取均值，然后以此均值補(bǔ)償待匹 配圖像；(8) 對(duì)四個(gè)CCD采集的相鄰圖像進(jìn)行(1)到(7)步拼接，得到大視場(chǎng)高 分辨率數(shù)字圖像。除上述實(shí)施例外，凡釆用等同替換或等效變換的形式所獲得的技術(shù)方案， 均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于光纖的大視場(chǎng)高分辨率成像裝置，其特征在于包括大視場(chǎng)高分辨率光學(xué)成像鏡頭、一分N光纖傳像束、N個(gè)CCD、N路輸入的圖像采集卡和計(jì)算機(jī)和顯示器，其中N≥2，一分N光纖傳像束安裝在大視場(chǎng)高分辨率光學(xué)成像鏡頭的像平面處，把大視場(chǎng)高分辨率的像分成N個(gè)部分，其中N光纖傳像束的每一個(gè)對(duì)接著一個(gè)CCD，每個(gè)CCD分別對(duì)各個(gè)小視場(chǎng)成像，各個(gè)CCD通過(guò)N路輸入的圖像采集卡把圖像輸入到計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)再把各個(gè)CCD采集的小視場(chǎng)圖像按著固有的排列規(guī)律利用拼接算法拼接成一個(gè)高分辨率大視場(chǎng)的數(shù)字圖像。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于光纖的大視場(chǎng)高分辨率成像裝置，其特征在于 N=4。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光纖的大視場(chǎng)高分辨率成像裝置的拼接算法， 其特征在于包括以下步驟(1) 首先根據(jù)一分N光纖傳像東的排列規(guī)律直接把對(duì)應(yīng)的CCD釆集的小視 場(chǎng)圖像拼接起來(lái)；(2) 將相鄰兩幅圖像的其中一幅旋轉(zhuǎn)一定角度，對(duì)于圖像變換中產(chǎn)生的原圖中非整數(shù)位置點(diǎn)釆用最鄰近插值計(jì)算該點(diǎn)像素值；(3) 取未旋轉(zhuǎn)圖像邊緣的最后一列的4/5作為模板，其中上下各余1/10，將旋轉(zhuǎn)圖像作為待匹配圖像，在待匹配圖像的第一列中從第一個(gè)象素開(kāi)始依 次向下取與模板相同個(gè)數(shù)的像素作為子圖，計(jì)算模板與子圖的相關(guān)系數(shù)，然 后向下移動(dòng)一個(gè)像素，每移動(dòng)一個(gè)像素，計(jì)算一次模板與子圖的相關(guān)系數(shù)， 并記下其行列位置及這次旋轉(zhuǎn)角度；(4) 當(dāng)待匹配圖像的子圖移動(dòng)到第一列象素的底端時(shí)，再向右移動(dòng)按步驟 (3)的方法計(jì)算下一列象素；(5) 當(dāng)設(shè)定的待匹配圖像中的列數(shù)計(jì)算完畢后，返回到步驟(2);(6) 當(dāng)達(dá)到設(shè)定的最大旋轉(zhuǎn)角度時(shí)，排序后，取相關(guān)系數(shù)最大值，并按相關(guān)系數(shù)最大時(shí)的旋轉(zhuǎn)角度和行列位置補(bǔ)償圖像；(7) 最后，分別計(jì)算兩幅相鄰圖像在拼接縫處重疊部分M列的R、 G、 B三通道色差值，去掉一部分最大和最小值后，再取均值，然后以此均值補(bǔ)償待 匹配圖像；(8 )對(duì)N個(gè)CCD釆集的相鄰圖像進(jìn)行(1)到(7 )步拼接，得到大視場(chǎng)高 分辨率圖像。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于光纖的大視場(chǎng)高分辨率成像裝置的拼接算法， 其特征在于N=4。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一種基于光纖的大視場(chǎng)高分辨率成像裝置的拼接 算法，其特征在于在所述步驟(2)中，將相鄰兩幅圖像的其中一幅旋轉(zhuǎn)的角度為r。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于光纖的大視場(chǎng)高分辨率成像裝置及其拼接方法，其特征是裝置包括大視場(chǎng)高分辨率光學(xué)成像鏡頭、一分N光纖傳像束、N個(gè)CCD、N路輸入的圖像采集卡和計(jì)算機(jī)，其中N≥2，一分N光纖傳像束安裝在大視場(chǎng)高分辨率光學(xué)成像鏡頭的像平面處，把大視場(chǎng)高分辨率的像分成N個(gè)部分，其中N光纖傳像束的每一個(gè)對(duì)接著一個(gè)CCD，每個(gè)CCD分別對(duì)各個(gè)小視場(chǎng)成像，各個(gè)CCD通過(guò)N路輸入的圖像采集卡把圖像輸入到計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)再把各個(gè)CCD采集的小視場(chǎng)圖像按著固有的排列規(guī)律利用拼接算法拼接成一個(gè)高分辨率大視場(chǎng)的數(shù)字圖像。該技術(shù)適用于空間相機(jī)和大視場(chǎng)監(jiān)控等領(lǐng)域，可以快捷、高質(zhì)量地獲得大視場(chǎng)高分辨率圖像。
文檔編號(hào)G02B27/58GK101329453SQ20081012308
公開(kāi)日2008年12月24日 申請(qǐng)日期2008年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月16日
發(fā)明者徐貴力, 曹傳東, 朱冬梅, 田裕鵬, 程月華, 賈愛(ài)芹 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)