专利名称：一种基于联合分数傅里叶变换的位移矢量探测方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及数字图像稳像方法技术领域，尤其是涉及一种基于联合分数傅里叶变 换相关器的位移矢量的探测方法及探测装置。
背景技术：
随着人类社会向高度数字化方向的发展，数字图像、数字视频、数字电视的飞速发 展和普及也将成为必然。数字图像在获取过程中可能会受到各种各样的退化失真，不可避 免会出现分辨率的下降的问题，引起图像模糊。比如在航天遥感成像或者船载、车载成像 中，由于成像设备载体的运动，会引起成像设备与成像目标之间的相对运动，在长曝光时间 内像面上会引起像素的混乱移动，造成图像模糊，降低了图像质量，影响视觉，人眼观看起 来很不舒服。为了提高图像的分辨率和提高其清晰度，需要对图像进行稳像。常用的稳像方法有机械稳像、光学稳像与电子稳像。机械稳像是将整个系统稳定， 缺点是像面是运动的。光学稳像是在光学系统中加入一些光学元器件对系统补偿，比如可 变光楔光学稳像，镜头补偿与CCD补偿稳像。电子稳像是通过信号处理的方式达到稳像的 目的。在电子稳像方法中，最核心的是运动矢量检测和运动补偿。目前常用的求取运动矢 量途径有投影算法，位平面匹配法，光流场法，边缘匹配法，代表点匹配法、相位相关算法、 DFT变换法等，但是这些方法由于运算量巨大，耗时较长，不适合在实时应用场合，特别是高 速高精度成像场合。较新的位移矢量求取算法是Janschek等人提出的基于光学联合变换相关器的算 法，用两个傅立叶透镜搭建的4f系统即可实现位移矢量的计算，其求取运动矢量的速度是 基于光速的，求取位移矢量的时间主要取决于电子设备的输入输出时间，在目前的电子技 术条件下，可以达到几千帧每秒的运算速度。但是基于光学联合变化相关器的位移矢量计算，其结构比较单一，为一个4f系 统，即输入平面位于透镜的前焦平面，探测平面位于透镜的后焦平面，当参考图像和目标图 像之间的相对距离固定以及两者之间的位移矢量确定后，相关输出平面的互相关峰之间的 距离就已经确定。如果参考图像和目标图像之间的相对距离或者位移矢量过大，一对互相 关峰可能落在探测设备的视场之外。同理，如果参考图像和目标图像之间的距离过小或者 他们之间的位移过小，互相关峰可能落在自相关峰中，从而造成探测设备无法识别出互相 关峰，进而无法准确探测出位移矢量。

发明内容
本发明提供了一种基于联合分数傅立叶变换的位移矢量探测方法，该方法中输出 平面的互相关峰位置可以根据分数傅立叶变换的级次任意控制，可以准确探测出位移矢量。本发明还提供了实现上述探测方法的基于联合分数傅立叶变换的位移矢量探测 装置，该装置通过改变光学结构，将传统的利用联合变化相关器来计算位移矢量中的傅里叶变换代替成分数傅里叶变换，利用分数傅里叶变换的平移可变性，实现输出平面互相关 峰位置的任意控制，并且根据分数傅里叶变换的级次，可实现光学系统结构的多样化。一种基于联合分数傅里叶变换的位移矢量探测方法，包括(1)读入待调整视频，并将视频分解为单帧图像，确定总帧数N ；(2)设定傅里叶变换级次P2，确定参考图像为第一帧图像A(Ly)；(3)确定目标图像为第t帧图像ft (x，y)，将参考图像和目标图像对称的置于输入 坐标系原点的两侧，形成输入图像f(x，y)，其中1 <t<N;(4)对输入图像f (X，y)进行傅里叶变换，得到输入图像f(x，y)的傅里叶变换频 谱，对傅里叶频谱进行平方运算得到输入图像的傅里叶变换功率谱；( 对傅里叶功率谱进行级次为P2的分数傅里叶变换，得到互相关峰的整数坐标， 在整数坐标周围取一邻域，利用质心算法求取互相关峰值的亚像素坐标，亚像素坐标与整 数坐标相加得到存在位移矢量的目标图像的互相关峰的坐标Up2，yp2)；(6)取目标图像为第一帧图像A(Ly)，将参考图像和目标图像对称的置于坐标系 原点的两侧，形成输入图像；重复步骤(4)和( 得到不存在位移矢量时的理想输出的互相 关峰的坐标(Xi, Yi)；(7)根据目标图像的互相关峰的坐标Up2，yp2)和理想输出的互相关峰的坐标(Xi， Yi)得到步骤⑶中目标图像与参考图像之间位移矢量(a，C)；所述的位移矢量(a，c)的计算式为
权利要求
1. 一种基于联合分数傅里叶变换的位移矢量探测方法，包括(1)读入待调整视频，并将视频分解为单帧图像，确定总帧数N;(2)设定傅里叶变换级次P2，确定参考图像为第一帧图像Khy)；(3)确定目标图像为第t帧图像ft(x，y)，将参考图像和目标图像对称的置于输入坐标 系原点的两侧，形成输入图像f(x，y)，其中1 <t<N;(4)对输入图像f(x，y)进行傅里叶变换，得到输入图像f(x，y)的傅里叶变换频谱，对 傅里叶频谱进行平方运算得到输入图像的傅里叶变换功率谱；(5)对傅里叶功率谱进行级次为P2的分数傅里叶变换，得到互相关峰的整数坐标，在整 数坐标周围取一邻域，利用质心算法求取互相关峰值的亚像素坐标，亚像素坐标与整数坐 标相加得到存在位移矢量的目标图像的互相关峰的坐标Up2，yp2)；(6)取目标图像为第一帧图像A(Ly)，将参考图像和目标图像对称的置于坐标系原点 的两侧，形成输入图像；重复步骤(4)和( 得到不存在位移矢量时的理想输出的互相关峰 的坐标(Xi，Yi)；(7)根据目标图像的互相关峰的坐标(xp2，yp2)和理想输出的互相关峰的坐标(Xi，Yi) 得到步骤(3)中目标图像与参考图像之间位移矢量(a，c)；所述的位移矢量(a，c)的计算式为
2.根据权利要求1所述的基于联合分数傅里叶变换的位移矢量探测方法，其特征在 于，所述的级次P2满足0· 75 < P2 < I0
3.一种基于联合分数傅里叶变换的位移矢量探测装置，包括第一激光器、第二激光器、 第一偏振分光棱镜、第二偏振分光棱镜、第一傅里叶变换透镜、第二傅里叶变换透镜、至少 一个控制计算机、第一探测相机、第二探测相机、第一空间光调制器和第二空间光调制器， 其特征在于，所述的第一空间光调制器置于第一傅里叶变换透镜的前焦距处； 所述的控制计算机用于将参考图像和目标图像传输至第一空间光调制器形成输入图 像，且将输入图像对称显示在第一空间光调制器的中央；所述的第一激光器产生的激光准直后经过第一偏振分光棱镜，照射至第一空间光调制 器上，反射后的激光振幅经过第一空间光调制器的调制进入第一傅里叶变换透镜；所述的第一探测相机置于距离第一傅里叶变换透镜的后焦距处，用于采集输入图像经 过第一傅里叶变换透镜后的傅里叶变换功率谱；所述的第二空间光调制器置于距离第二傅里叶透镜的前d2处，控制计算机用于将第一 探测相机采集到的傅里叶变换功率谱输入至第二空间光调制器上，且对称显示在第二空间调制器的中央；所述的第二激光器产生的激光准直后经过第二偏振分光棱镜，照射至第二空间光调制 器，反射后的激光振幅受到第二空间光调制器的调制进入第二傅里叶变换透镜；所述的第二探测相机置于距离第二傅里叶透镜的后d2处，用于采集傅里叶变换功率谱 经过分数傅里叶变换后的相关输出，并传送给控制计算机，控制计算机最后根据互相关输 出数据及理想输出数据得到目标图像与参考图像之间的位移矢量；其中d2 = f2 (I-Cosa2) ；OC2= ^；f2为第二个傅里叶变换透镜的焦距，P2为分数傅里叶变换级次。
全文摘要
本发明公开了一种基于联合分数傅里叶变换的位移矢量探测方法，包括将视频分解为单帧图像，确定傅里叶变换级次、参考图像和目标图像，将参考图像和目标图像置于新坐标系原点的两侧，形成输入图像，对输入图像进行傅里叶变换，得到傅里叶变换频谱，然后进行平方运算得到输入图像的傅里叶变换功率谱，再将功率谱进行分数傅里叶变换，得到目标图像的互相关峰的坐标，利用相似方法得到理想输出的互相关峰的坐标，最后得到目标图像与参考图像之间位移矢量。本发明还公开了一种实现上述方法的装置。上述方法和装置利用分数傅里叶变换的平移可变性，实现输出平面互相关峰位置的任意控制，并且根据分数傅里叶变换的级次，可实现光学系统结构的多样化。
文档编号G01B11/03GK102054272SQ20101053010
公开日2011年5月11日 申请日期2010年11月3日 优先权日2010年11月3日
发明者冯华君, 徐之海, 李奇, 葛鹏, 陈跃庭 申请人:浙江大学