本文選題：機(jī)載光電平臺　切入點(diǎn)：圖像配準(zhǔn)　出處：《中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：搭載紅外與可見光傳感器的機(jī)載光電平臺可晝夜工作,且紅外與可見光傳感器獲取的圖像含有大量互補(bǔ)信息,將其融合可以提高無人機(jī)對目標(biāo)偵察及識別的準(zhǔn)確性。航空圖像成像環(huán)境復(fù)雜,天氣變化、光照變化及機(jī)身抖動等都會對成像質(zhì)量產(chǎn)生影響,導(dǎo)致機(jī)載光電平臺獲取的圖像空對地目標(biāo)背景復(fù)雜,增加了紅外與可見光圖像融合的難度。研究如何有效提高融合圖像目標(biāo)特性,消除噪聲及圖像間的相對形變對融合精度的影響,提出高精度的快速異源圖像配準(zhǔn)方法及互補(bǔ)信息豐富、抗噪性能強(qiáng)的融合方法,有著理論和現(xiàn)實(shí)方面的迫切需要。本文探討了紅外與可見光圖像融合的基礎(chǔ)理論和發(fā)展動態(tài),系統(tǒng)地研究了圖像融合的各個(gè)環(huán)節(jié)。重點(diǎn)圍繞如何提升航空紅外與可見光圖像融合精度問題,研究并實(shí)現(xiàn)了高精度紅外與可見光異源圖像配準(zhǔn);針對航空紅外與可見光圖像融合的需求,設(shè)計(jì)了目標(biāo)突出、融合精度高的結(jié)合區(qū)域分割的圖像融合方法;并結(jié)合機(jī)載光電平臺實(shí)際工程應(yīng)用的需求,設(shè)計(jì)了基于光學(xué)標(biāo)校的變焦系統(tǒng)紅外與可見光配準(zhǔn)方法,實(shí)現(xiàn)了機(jī)載光電平臺紅外與可見光融合系統(tǒng)的實(shí)時(shí)處理。本文主要研究內(nèi)容及貢獻(xiàn)歸納如下:1.針對機(jī)載光電平臺獲取圖像的過程中會因載機(jī)抖動、傳感器調(diào)焦誤差等因素引起圖像間存在平移、旋轉(zhuǎn)、縮放等圖像形變的問題,結(jié)合紅外與可見光傳感器成像反映不同波段光譜特性導(dǎo)致圖像間灰度差異大的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了適用于多種應(yīng)用場景的高精度基于邊緣輪廓描述的點(diǎn)特征異源圖像配準(zhǔn)方法。首先在特征提取階段通過采用多尺度角點(diǎn)檢測方法在異源圖像中檢測邊緣輪廓上的顯著角點(diǎn),并為特征點(diǎn)定義主方向,得到帶有尺度、位置及方向信息的顯著特征點(diǎn);然后在特征描述階段采用基于形狀特性對特征點(diǎn)描述的方式生成形狀描述子,并縮小特征描述的搜索窗口,提升算法運(yùn)算效率;最后結(jié)合快速最近鄰搜索以及ransac算法對特征點(diǎn)進(jìn)行快速匹配及剔除誤匹配點(diǎn)對,提升配準(zhǔn)精度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,提出的配準(zhǔn)方法能夠有效地改善異源圖像同名特征提取的準(zhǔn)確度,能夠滿足多種應(yīng)用場景的高精度紅外與可見光圖像配準(zhǔn),并且在保證配準(zhǔn)精度的同時(shí),對配準(zhǔn)方法的運(yùn)算效率也有所提升。2.針對航空紅外圖像背景復(fù)雜、信噪比低導(dǎo)致紅外與可見光融合圖像目標(biāo)背景信息模糊、目標(biāo)特性不突出且易受噪聲干擾的問題,結(jié)合紅外圖像熱目標(biāo)信息突出的特點(diǎn),提出了一種基于顯著性指導(dǎo)的區(qū)域分割策略。首先對紅外圖像進(jìn)行基于全局對比度的顯著性提取,根據(jù)顯著性結(jié)果再進(jìn)行圖像分割,由于經(jīng)顯著性提取后,紅外圖像的熱目標(biāo)信息會增強(qiáng),背景信息會模糊,使得整個(gè)紅外圖像的對比度增強(qiáng),這種分割策略能夠突出紅外圖像中的目標(biāo)區(qū)域,并有效抑制噪聲對紅外圖像分割的影響。3.針對機(jī)載光電平臺紅外與可見光融合圖像對比度差、融合精度低、易受噪聲干擾的問題,提出一種雙樹復(fù)小波(dtcwt)域內(nèi)結(jié)合區(qū)域分割的紅外與可見光圖像融合方法。首先,基于顯著性對紅外圖像進(jìn)行區(qū)域分割,確定感興趣區(qū)域及背景區(qū)域,將分割結(jié)果映射到可見光圖像。然后在dtcwt域內(nèi),對低頻分量結(jié)合區(qū)域分割進(jìn)行融合;對高頻分量根據(jù)區(qū)域細(xì)節(jié)信息的豐富程度分配區(qū)域權(quán)值并結(jié)合自適應(yīng)相位進(jìn)行融合,再引入收縮函數(shù)抑制噪聲。最后將融合后的低頻及高頻分量重構(gòu)得到融合圖像。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,提出的融合方法能夠充分提取源圖像中的互補(bǔ)信息,得到的融合圖像目標(biāo)突出,場景細(xì)節(jié)信息豐富,且方法穩(wěn)定性好,融合精度高,能夠滿足機(jī)載光電平臺紅外與可見光融合系統(tǒng)對融合方法的需求。4.針對機(jī)載光電平臺紅外與可見光圖像融合系統(tǒng)對實(shí)時(shí)融合處理的需求,進(jìn)行了圖像融合系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)了基于fpga的圖像融合硬件平臺。根據(jù)硬件平臺及實(shí)際工程應(yīng)用要求,采用光學(xué)標(biāo)校及變焦系統(tǒng)平移量標(biāo)定的方式完成了異源圖像配準(zhǔn)參數(shù)的計(jì)算,根據(jù)實(shí)時(shí)性要求確定了融合算法。最后,對融合系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,圖像融合效果良好,處理時(shí)間滿足實(shí)時(shí)性要求,系統(tǒng)可滿足實(shí)際工程需求。
[Abstract]:Equipped with airborne visible and infrared sensors can work day and night, the image and the infrared and visible light sensors contain a large number of complementary information, which can improve the fusion of UAV reconnaissance and target recognition accuracy. Aviation imaging environment is complex, the weather changes, illumination changes and airframe vibration will affect the the imaging quality of ground target image background results in airborne photoelectric platform to get the complex, increase the fusion of infrared and visible images difficult. Research on how to effectively improve the fusion image characteristics, eliminate noise and sound relative deformation between images to fusion accuracy of the proposed fast heterologous image registration method with high accuracy and complementary information rich. The fusion method of strong anti noise performance, there is urgent need of theoretical and practical aspects. This paper discusses the fusion of infrared and visible images based 璁哄拰鍙戝睍鍔ㄦ，

本文編號：1618920