專利名稱：一種基于聯(lián)合分數(shù)傅里葉變換的位移矢量探測方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字圖像穩(wěn)像方法技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于聯(lián)合分數(shù)傅里葉變 換相關(guān)器的位移矢量的探測方法及探測裝置。
背景技術(shù)：
隨著人類社會向高度數(shù)字化方向的發(fā)展，數(shù)字圖像、數(shù)字視頻、數(shù)字電視的飛速發(fā) 展和普及也將成為必然。數(shù)字圖像在獲取過程中可能會受到各種各樣的退化失真，不可避 免會出現(xiàn)分辨率的下降的問題，引起圖像模糊。比如在航天遙感成像或者船載、車載成像 中，由于成像設(shè)備載體的運動，會引起成像設(shè)備與成像目標之間的相對運動，在長曝光時間 內(nèi)像面上會引起像素的混亂移動，造成圖像模糊，降低了圖像質(zhì)量，影響視覺，人眼觀看起 來很不舒服。為了提高圖像的分辨率和提高其清晰度，需要對圖像進行穩(wěn)像。常用的穩(wěn)像方法有機械穩(wěn)像、光學穩(wěn)像與電子穩(wěn)像。機械穩(wěn)像是將整個系統(tǒng)穩(wěn)定， 缺點是像面是運動的。光學穩(wěn)像是在光學系統(tǒng)中加入一些光學元器件對系統(tǒng)補償，比如可 變光楔光學穩(wěn)像，鏡頭補償與CCD補償穩(wěn)像。電子穩(wěn)像是通過信號處理的方式達到穩(wěn)像的 目的。在電子穩(wěn)像方法中，最核心的是運動矢量檢測和運動補償。目前常用的求取運動矢 量途徑有投影算法，位平面匹配法，光流場法，邊緣匹配法，代表點匹配法、相位相關(guān)算法、 DFT變換法等，但是這些方法由于運算量巨大，耗時較長，不適合在實時應(yīng)用場合，特別是高 速高精度成像場合。較新的位移矢量求取算法是Janschek等人提出的基于光學聯(lián)合變換相關(guān)器的算 法，用兩個傅立葉透鏡搭建的4f系統(tǒng)即可實現(xiàn)位移矢量的計算，其求取運動矢量的速度是 基于光速的，求取位移矢量的時間主要取決于電子設(shè)備的輸入輸出時間，在目前的電子技 術(shù)條件下，可以達到幾千幀每秒的運算速度。但是基于光學聯(lián)合變化相關(guān)器的位移矢量計算，其結(jié)構(gòu)比較單一，為一個4f系 統(tǒng)，即輸入平面位于透鏡的前焦平面，探測平面位于透鏡的后焦平面，當參考圖像和目標圖 像之間的相對距離固定以及兩者之間的位移矢量確定后，相關(guān)輸出平面的互相關(guān)峰之間的 距離就已經(jīng)確定。如果參考圖像和目標圖像之間的相對距離或者位移矢量過大，一對互相 關(guān)峰可能落在探測設(shè)備的視場之外。同理，如果參考圖像和目標圖像之間的距離過小或者 他們之間的位移過小，互相關(guān)峰可能落在自相關(guān)峰中，從而造成探測設(shè)備無法識別出互相 關(guān)峰，進而無法準確探測出位移矢量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種基于聯(lián)合分數(shù)傅立葉變換的位移矢量探測方法，該方法中輸出 平面的互相關(guān)峰位置可以根據(jù)分數(shù)傅立葉變換的級次任意控制，可以準確探測出位移矢量。本發(fā)明還提供了實現(xiàn)上述探測方法的基于聯(lián)合分數(shù)傅立葉變換的位移矢量探測 裝置，該裝置通過改變光學結(jié)構(gòu)，將傳統(tǒng)的利用聯(lián)合變化相關(guān)器來計算位移矢量中的傅里葉變換代替成分數(shù)傅里葉變換，利用分數(shù)傅里葉變換的平移可變性，實現(xiàn)輸出平面互相關(guān) 峰位置的任意控制，并且根據(jù)分數(shù)傅里葉變換的級次，可實現(xiàn)光學系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的多樣化。一種基于聯(lián)合分數(shù)傅里葉變換的位移矢量探測方法，包括(1)讀入待調(diào)整視頻，并將視頻分解為單幀圖像，確定總幀數(shù)N ；(2)設(shè)定傅里葉變換級次P2，確定參考圖像為第一幀圖像A(Ly)；(3)確定目標圖像為第t幀圖像ft (x，y)，將參考圖像和目標圖像對稱的置于輸入 坐標系原點的兩側(cè)，形成輸入圖像f(x，y)，其中1 <t<N;(4)對輸入圖像f (X，y)進行傅里葉變換，得到輸入圖像f(x，y)的傅里葉變換頻 譜，對傅里葉頻譜進行平方運算得到輸入圖像的傅里葉變換功率譜；( 對傅里葉功率譜進行級次為P2的分數(shù)傅里葉變換，得到互相關(guān)峰的整數(shù)坐標， 在整數(shù)坐標周圍取一鄰域，利用質(zhì)心算法求取互相關(guān)峰值的亞像素坐標，亞像素坐標與整 數(shù)坐標相加得到存在位移矢量的目標圖像的互相關(guān)峰的坐標Up2，yp2)；(6)取目標圖像為第一幀圖像A(Ly)，將參考圖像和目標圖像對稱的置于坐標系 原點的兩側(cè)，形成輸入圖像；重復步驟(4)和( 得到不存在位移矢量時的理想輸出的互相 關(guān)峰的坐標(Xi, Yi)；(7)根據(jù)目標圖像的互相關(guān)峰的坐標Up2，yp2)和理想輸出的互相關(guān)峰的坐標(Xi， Yi)得到步驟⑶中目標圖像與參考圖像之間位移矢量(a，C)；所述的位移矢量(a，c)的計算式為
權(quán)利要求
1. 一種基于聯(lián)合分數(shù)傅里葉變換的位移矢量探測方法，包括(1)讀入待調(diào)整視頻，并將視頻分解為單幀圖像，確定總幀數(shù)N;(2)設(shè)定傅里葉變換級次P2，確定參考圖像為第一幀圖像Khy)；(3)確定目標圖像為第t幀圖像ft(x，y)，將參考圖像和目標圖像對稱的置于輸入坐標 系原點的兩側(cè)，形成輸入圖像f(x，y)，其中1 <t<N;(4)對輸入圖像f(x，y)進行傅里葉變換，得到輸入圖像f(x，y)的傅里葉變換頻譜，對 傅里葉頻譜進行平方運算得到輸入圖像的傅里葉變換功率譜；(5)對傅里葉功率譜進行級次為P2的分數(shù)傅里葉變換，得到互相關(guān)峰的整數(shù)坐標，在整 數(shù)坐標周圍取一鄰域，利用質(zhì)心算法求取互相關(guān)峰值的亞像素坐標，亞像素坐標與整數(shù)坐 標相加得到存在位移矢量的目標圖像的互相關(guān)峰的坐標Up2，yp2)；(6)取目標圖像為第一幀圖像A(Ly)，將參考圖像和目標圖像對稱的置于坐標系原點 的兩側(cè)，形成輸入圖像；重復步驟(4)和( 得到不存在位移矢量時的理想輸出的互相關(guān)峰 的坐標(Xi，Yi)；(7)根據(jù)目標圖像的互相關(guān)峰的坐標(xp2，yp2)和理想輸出的互相關(guān)峰的坐標(Xi，Yi) 得到步驟(3)中目標圖像與參考圖像之間位移矢量(a，c)；所述的位移矢量(a，c)的計算式為
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聯(lián)合分數(shù)傅里葉變換的位移矢量探測方法，其特征在 于，所述的級次P2滿足0· 75 < P2 < I0
3.一種基于聯(lián)合分數(shù)傅里葉變換的位移矢量探測裝置，包括第一激光器、第二激光器、 第一偏振分光棱鏡、第二偏振分光棱鏡、第一傅里葉變換透鏡、第二傅里葉變換透鏡、至少 一個控制計算機、第一探測相機、第二探測相機、第一空間光調(diào)制器和第二空間光調(diào)制器， 其特征在于，所述的第一空間光調(diào)制器置于第一傅里葉變換透鏡的前焦距處； 所述的控制計算機用于將參考圖像和目標圖像傳輸至第一空間光調(diào)制器形成輸入圖 像，且將輸入圖像對稱顯示在第一空間光調(diào)制器的中央；所述的第一激光器產(chǎn)生的激光準直后經(jīng)過第一偏振分光棱鏡，照射至第一空間光調(diào)制 器上，反射后的激光振幅經(jīng)過第一空間光調(diào)制器的調(diào)制進入第一傅里葉變換透鏡；所述的第一探測相機置于距離第一傅里葉變換透鏡的后焦距處，用于采集輸入圖像經(jīng) 過第一傅里葉變換透鏡后的傅里葉變換功率譜；所述的第二空間光調(diào)制器置于距離第二傅里葉透鏡的前d2處，控制計算機用于將第一 探測相機采集到的傅里葉變換功率譜輸入至第二空間光調(diào)制器上，且對稱顯示在第二空間調(diào)制器的中央；所述的第二激光器產(chǎn)生的激光準直后經(jīng)過第二偏振分光棱鏡，照射至第二空間光調(diào)制 器，反射后的激光振幅受到第二空間光調(diào)制器的調(diào)制進入第二傅里葉變換透鏡；所述的第二探測相機置于距離第二傅里葉透鏡的后d2處，用于采集傅里葉變換功率譜 經(jīng)過分數(shù)傅里葉變換后的相關(guān)輸出，并傳送給控制計算機，控制計算機最后根據(jù)互相關(guān)輸 出數(shù)據(jù)及理想輸出數(shù)據(jù)得到目標圖像與參考圖像之間的位移矢量；其中d2 = f2 (I-Cosa2) ；OC2= ^；f2為第二個傅里葉變換透鏡的焦距，P2為分數(shù)傅里葉變換級次。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于聯(lián)合分數(shù)傅里葉變換的位移矢量探測方法，包括將視頻分解為單幀圖像，確定傅里葉變換級次、參考圖像和目標圖像，將參考圖像和目標圖像置于新坐標系原點的兩側(cè)，形成輸入圖像，對輸入圖像進行傅里葉變換，得到傅里葉變換頻譜，然后進行平方運算得到輸入圖像的傅里葉變換功率譜，再將功率譜進行分數(shù)傅里葉變換，得到目標圖像的互相關(guān)峰的坐標，利用相似方法得到理想輸出的互相關(guān)峰的坐標，最后得到目標圖像與參考圖像之間位移矢量。本發(fā)明還公開了一種實現(xiàn)上述方法的裝置。上述方法和裝置利用分數(shù)傅里葉變換的平移可變性，實現(xiàn)輸出平面互相關(guān)峰位置的任意控制，并且根據(jù)分數(shù)傅里葉變換的級次，可實現(xiàn)光學系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的多樣化。
文檔編號G01B11/03GK102054272SQ20101053010
公開日2011年5月11日 申請日期2010年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月3日
發(fā)明者馮華君, 徐之海, 李奇, 葛鵬, 陳躍庭 申請人:浙江大學