专利名称：一种基于光纤的大视场高分辨率成像装置及其拼接方法
技术领域：
本发明涉及一种基于光纤的大视场高分辨率成像装置及其拼接方法，属于 信息技术领域。
技术背景大视场高分辨率图像在现实生活中有着广泛的应用。比如用于空间相机、 运动目标检测、用于机器人导航、大场景智能监控、空对地、地对空打击、模式识别等领域。但是由于单个CCD的空间分辨率有限，所以很难获得大视场高 分辨率图像。目前国内外常见方法是多个摄像头组合成一个摄像阵列，然后釆 用图像拼接方法。当前图像拼接方法主要是通过一定的算法搜寻相邻两幅图像 中相同的对象，从而确定它们的相对位置，这就要求两幅图像中必须具有比较 明显特征的同一个对象，并且要求两幅图像重叠比例也较大，还有算法耗时。 还有一种是本课题组提出的按着摄像机视场重合的固定比例进行剪切的直接拼 接法，这种方法要求CCD的对齐精度很高，特别是这种方法在物距变化时，拼 接误差很大。还有利用光学棱镜把大视场高分辨率图像分解成几个部分，再利 用CCD成像，但是这种方法分解的个数只有3个，非常有限。发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种快捷、高质量获得高分辨率大视场 数字图像的大视场高分辨率成像装置。为解决上述技术问题，本发明提供一种基于光纤的大视场高分辨率成像装置 及其拼接方法。一种基于光纤的大视场高分辨率成像装置及其拼接方法，其特征在于装置 包括大视场高分辨率光学成像镜头、 一分N光纤传像東、N个CCD(CCD为电荷 藕合元件)、N路输入的图像采集卡、计算机和显示器，其中N^2, —分N光纤 传像東安装在大视场高分辨率光学成像镜头的像平面处，把大视场高分辨率的 光学图像分成N个部分，其中一分N光纤传像束的每一个对接着一个CCD，每个 CCD分别对各个小视场成像，各个CCD通过N路输入的图像釆集卡把图像输入到 计算机中，计算机再把各个CCD釆集的小视场图像按着固有的排列规律利用拼 接算法拼接成一个高分辨率大视场的数字图像。前述的一种基于光纤的大视场高分辨率成像装置的拼接算法，其特征在于具有以下步骤(1) 首先根据一分N光纤传像東的排列规律直接把对应的CCD采集的小视 场图像拼接起来；(2) 将相邻两幅图像的其中一幅旋转一定角度，对于图像变换中产生的原 图中非整数位置点采用最邻近插值计算该点像素值；(3) 取未旋转图像边缘的最后一列的4/5作为模板，其中上下各余1/10,将旋转图像作为待匹配图像，在待匹配图像的第一列中从第一个象素开始依次 向下取与模板相同个数的像素作为子图，计算模板与子图的相关系数，然后向 下移动一个像素，每移动一个像素，计算一次模板与子图的相关系数，并记下 其行列位置及这次旋转角度；(4) 当待匹配图像的子图移动到第一列象素的底端时，再向右移动按步骤 (3)的方法计算下一列象素；(5) 当设定的待匹配图像中的列数计算完毕后，返回到步骤(2);(6) 当达到设定的最大旋转角度时，排序后，取相关系数最大值，并按相 关系数最大时的旋转角度和行列位置补偿图像；(7) 最后，分别计算两幅相邻图像在拼接缝处重叠部分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，然后以此均值补偿待匹 配图像；(8 )对N个CCD釆集的相邻图像进行(1)到(7 )步拼接，得到大视场高 分辨率数字图像。本发明的工作原理是利用光纤传像束的特性把光学成像镜头获得的高分辨 率大视场光学图像分成多个小光学图像，再通过多个CCD高分辨率成像，最后 利用计算机进行图像直接拼接获得大视场高分辨率数字图像。本发明专利的有益效果是快捷、高质量地获得大视场高分辨率图像。
图i为基于光纤的大视场高分辨率成像装置组成示意图； 图2为一分四光纤传像束示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明专利进 一步说明。如图l所示的基于光纤的大视场高分辨率成像装置组成示意图，包括大视 场高分辨率光学成像镜头l、 一分四光纤传像束2、四个CCD3、四路输入的图像 釆集卡4、计算机5和显示器6。如图2所示的一分四光纤传像束示意图。一种基于光纤的大视场高分辨率成像装置及其拼接方法，其特征是装置包括大视场高分辨率光学成像镜头1、 一分四光纤传像束2、四个CCD3、四路输入的 图像采集卡4、计算机5和显示器6， 一分四光纤传像束安装在大视场高分辨率 光学成像镜头1的像平面处，把大视场高分辨率的光学图像分成四个部分，其 中一分四光纤传像東2的每一个对接着一个CCD3，每个CCD3分别对各个小视场 成像，各个CCD3通过四路输入的图像釆集卡4把图像输入到计算机5中，计算 机5再把各个CCD3釆集的小视场图像按着固有的排列规律利用拼接算法拼接成一个高分辨率大视场的数字图像在显示器显示。前述的一种基于光纤的大视场高分辨率成像装置的拼接算法，其特征在于具 有以下步骤(1) 首先根据一分四光纤传像束的排列规律直接把对应的CCD釆集的小视 场图像拼接起来；(2) 将相邻两幅图像的其中一幅旋转r,对于图像变换中产生的原图中非整 数位置点釆用最邻近插值计算该点像素值；(3) 取未旋转图像边缘的最后一列的4/5作为模板(其中上下各余1/10)， 将旋转图像作为待匹配图像，在待匹配图像的第一列中从第一个象素开始依次 向下取与模板相同个数的像素作为子图，计算模板与子图的相关系数，然后向 下移动一个像素，每移动一个像素，计算一次模板与子图的相关系数，并记下 其行列位置及这次旋转角度；(4) 当待匹配图像的子图移动到第一列象素的底端时，再向右移动按步骤 (3)的方法计算下一列象素；(5) 当设定的待匹配图像中的列数计算完毕后，返回到步骤(2)。(6) 当达到设定的最大旋转角度时，排序后，取相关系数最大值，并按相 关系数最大时的旋转角度和行列位置补偿图像；(7) 最后，分别计算两幅相邻图像在拼接缝处重叠部分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，然后以此均值补偿待匹 配图像；(8) 对四个CCD采集的相邻图像进行(1)到(7)步拼接，得到大视场高 分辨率数字图像。除上述实施例外，凡釆用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案， 均落在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种基于光纤的大视场高分辨率成像装置，其特征在于包括大视场高分辨率光学成像镜头、一分N光纤传像束、N个CCD、N路输入的图像采集卡和计算机和显示器，其中N≥2，一分N光纤传像束安装在大视场高分辨率光学成像镜头的像平面处，把大视场高分辨率的像分成N个部分，其中N光纤传像束的每一个对接着一个CCD，每个CCD分别对各个小视场成像，各个CCD通过N路输入的图像采集卡把图像输入到计算机中，计算机再把各个CCD采集的小视场图像按着固有的排列规律利用拼接算法拼接成一个高分辨率大视场的数字图像。
2. 根据权利要求l所述的基于光纤的大视场高分辨率成像装置，其特征在于 N=4。
3. 根据权利要求1所述的一种基于光纤的大视场高分辨率成像装置的拼接算法， 其特征在于包括以下步骤(1) 首先根据一分N光纤传像東的排列规律直接把对应的CCD釆集的小视 场图像拼接起来；(2) 将相邻两幅图像的其中一幅旋转一定角度，对于图像变换中产生的原图中非整数位置点釆用最邻近插值计算该点像素值；(3) 取未旋转图像边缘的最后一列的4/5作为模板，其中上下各余1/10，将旋转图像作为待匹配图像，在待匹配图像的第一列中从第一个象素开始依 次向下取与模板相同个数的像素作为子图，计算模板与子图的相关系数，然 后向下移动一个像素，每移动一个像素，计算一次模板与子图的相关系数， 并记下其行列位置及这次旋转角度；(4) 当待匹配图像的子图移动到第一列象素的底端时，再向右移动按步骤 (3)的方法计算下一列象素；(5) 当设定的待匹配图像中的列数计算完毕后，返回到步骤(2);(6) 当达到设定的最大旋转角度时，排序后，取相关系数最大值，并按相关系数最大时的旋转角度和行列位置补偿图像；(7) 最后，分别计算两幅相邻图像在拼接缝处重叠部分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，然后以此均值补偿待 匹配图像；(8 )对N个CCD釆集的相邻图像进行(1)到(7 )步拼接，得到大视场高 分辨率图像。
4. 根据权利要求3所述的一种基于光纤的大视场高分辨率成像装置的拼接算法， 其特征在于N=4。
5. 根据权利要求3或4所述的一种基于光纤的大视场高分辨率成像装置的拼接 算法，其特征在于在所述步骤(2)中，将相邻两幅图像的其中一幅旋转的角度为r。
全文摘要
本发明公开了一种基于光纤的大视场高分辨率成像装置及其拼接方法，其特征是装置包括大视场高分辨率光学成像镜头、一分N光纤传像束、N个CCD、N路输入的图像采集卡和计算机，其中N≥2，一分N光纤传像束安装在大视场高分辨率光学成像镜头的像平面处，把大视场高分辨率的像分成N个部分，其中N光纤传像束的每一个对接着一个CCD，每个CCD分别对各个小视场成像，各个CCD通过N路输入的图像采集卡把图像输入到计算机中，计算机再把各个CCD采集的小视场图像按着固有的排列规律利用拼接算法拼接成一个高分辨率大视场的数字图像。该技术适用于空间相机和大视场监控等领域，可以快捷、高质量地获得大视场高分辨率图像。
文档编号G02B27/58GK101329453SQ20081012308
公开日2008年12月24日 申请日期2008年7月16日 优先权日2008年7月16日
发明者徐贵力, 曹传东, 朱冬梅, 田裕鹏, 程月华, 贾爱芹 申请人:南京航空航天大学