一種基于子空間投影的幀間配準非均勻性校正方法技術

本發明專利技術公開了一種基于子空間投影的幀間配準非均勻性校正方法,通過將紅外探測器采集到的原始模擬圖像經過A/D轉換后，得到原始數字圖像，然后將行列分別進行行列均值為零的預處理，再將行矩陣和列矩陣分別投影到各自的子空間，在各自的子空間中求相鄰兩幀圖像的行位移和列位移，最后將得到的行（列）位移帶入到幀間配準公式中來進行非均勻性校正，獲得校正后的圖像。本發明專利技術具有簡單、高效的特點，能夠處理含大量噪聲的非均勻性圖像并得到較好的校正效果。

Nonuniformity correction method for inter frame registration based on subspace projection

The invention discloses a subspace projection frame based registration method of nonuniformity correction, the infrared detectors to collect the original analog image after A/D conversion from the original digital image, and then the ranks were the mean rank for the pretreatment of zero, then the matrix and column respectively to each projection matrix the subspace for two adjacent frames in each subspace in row and column displacement displacement, and finally the row (column) displacement formula into the registration between the frames for nonuniformity correction, image is obtained after correction. The invention has the advantages of simplicity and high efficiency, and can deal with the non-uniform image with a large amount of noise and obtain better correction effect.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術技術屬于紅外圖像非均勻性校正領域，具體涉及一種子空間投影的幀間配準非均勻性校正方法。
技術介紹
紅外輻射使得人類對于大自然認識的視野得到開拓，在紅外成像系統中，外部紅外輻射經過光學系統傳入紅外探測器，聚焦在熱敏元上，探測器把紅外輻射能量轉換成電信號，電信號反應紅外輻射能量的強弱，再經過放大、AD采樣和信號處理之后，在顯示系統上形成可觀察的紅外圖像。理想情況下，紅外焦平面探測器上每一個像敏像元的響應曲線都應該是完全相同的。然而在實際情況下，紅外焦平面探測器自身的半導體材料、工藝上的缺陷等都會造成紅外焦平面探測器上的各個像敏元具有不同的響應特性，即在均勻紅外輻射下，探測器響應值具有差異性，而且非均勻性的輕重也與探測器材料和工藝相關。再者，紅外圖像所呈現出的非均勻性與整個紅外成像系統的各個部分均有關，光學系統、讀出電路等都會影響非均勻性，這部分的影響很難從總體的非均勻性中分辨和分離，所以從廣義上來說，非均勻性是指在均勻紅外輻射入射的情況下紅外焦平面探測器各像敏元響應的不一致性。中國專利號201110457706.7，公開了一種快速收斂的基于場景非均勻性校正方法，該方法通過采集一幀新的未校正原始圖像與上一幀未校正原始圖像一同利用當前非均勻性校正參數進行非均勻性校正，并采用最速下降法沿著負梯度方向更新校正參數。然而該方法在面對圖像具有大量噪聲的情況下，在進行新一幀與上一幀配準的時候由于圖像噪聲多，非均勻性嚴重，我們不能確保前后兩者配準準確，由于噪聲的干擾，圖像不能配準，從而導致非均勻性無法得到校正。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種子空間投影的幀間配準非均勻性校正方法，解決了圖像在面對噪聲嚴重的情況下不能得到良好圖像質量的問題。實現本專利技術目的的技術解決方案為：一種子空間投影的幀間配準非均勻性校正方法，方法步驟如下：步驟1、將紅外探測器采集到的原始模擬圖像經過A/D轉換后，得到原始數字圖像Xm，X∈RM×N，其中，M表示原始數字圖像Xm的行數，N表示原始數字圖像Xm的列數，m表示原始數字圖像的幀號。步驟2、對原始數字圖像Xm各行進行行均值為零的預處理，得到經過行預處理之后的圖像Xr，公式如下：其中，xi∈R1×N表示原始數字圖像的第i行，表示原始數字圖像所有行的平均行值，ui∈R1×N表示經過行預處理之后的圖像的第i行。步驟3、對原始數字圖像Xm各列進行列均值為零的預處理，得到經過列預處理之后的圖像Xl，公式如下：Xm＝[y1…yN]Xl＝[v1…vN]其中，yj∈RM×1表示原始數字圖像的第j列，表示原始數字圖像所有列的平均列值，vj∈RM×1表示經過列預處理之后的圖像的第j列。步驟4、對經過行預處理得到的圖像Xr進行子空間投影得到子空間圖像矩陣Xrs，公式如下：[d，v]＝eig(Xr)Xrs(i，j)＝d(：，j+p)T·Xrs(i，：)T，i＝1，2…M，j＝1，2…(N-p)其中，eig(·)表示矩陣的特征值和特征向量對應的函數，v表示特征值構成的矩陣，d表示特征值對應的特征向量構成的矩陣，p表示行子空間和原空間維數的差值。步驟5、對經過列預處理得到的圖像Xl進列子空間投影得到列空間圖像矩陣Xls，公式如下：[d′，v′]＝eig(Xl)Xls(i，j)＝d′(：，i+q)T·Xls(：，j)T，i＝1，2…(M-q)，j＝1，2…N其中，eig(·)表示矩陣的特征值和特征向量對應的函數，v′表示特征值構成的矩陣，d′表示特征值對應的特征向量構成的矩陣，q表示列子空間和原空間維數的差值。步驟6、分別在行子空間和列子空間進行相鄰兩幀圖像的行配準和列配準，得到相鄰兩幀圖像的行位移dy和列位移dx，通過dy、dx進行配準來進行非均勻性校正，得到校正后的圖像X′m，校正公式如下：其中，α為學習速率，ERR為相鄰兩幀的閾值，k為增益校正參數，b為偏置校正參數。上述步驟2和步驟3順序對調。上述步驟4和步驟5順序對調。本專利技術與現有技術相比，其顯著優點：(1)收斂速率快，本專利技術能夠在很短的時間內對圖像進行非均勻性校正，節省了時間；(2)校正效果明顯，面對非均勻性嚴重的紅外圖像，能夠對圖像進行良好的校正，得到較好的圖像質量；(3)實用性廣，面對不同的場景均有良好的校正效果。附圖說明圖1為本專利技術一種子空間投影的幀間配準非均勻性校正方法的方法流程圖。圖2為本專利技術經過子空間投影的幀間配準非均勻性校正方法的白天高空拍攝下的校園建筑的效果比較圖；其中(a)為校園建筑的紅外原始圖像，(b)為校正之后圖像。圖3為本專利技術經過子空間投影的幀間配準非均勻性校正方法的白天高空拍攝下的高原的效果比較圖；其中(a)為高原的紅外原始圖像，(b)為校正之后圖像。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術作進一步詳細描述。結合圖1，一種子空間投影的幀間配準非均勻性校正方法，方法步驟如下：步驟1、將紅外探測器采集到的原始模擬圖像經過A/D轉換后，得到原始數字圖像Xm，X∈RM×N，其中，M表示原始數字圖像Xm的行數，N表示原始數字圖像Xm的列數，m表示原始數字圖像的幀號。步驟2、對原始數字圖像Xm各行進行行均值為零的預處理，得到圖像Xr，公式如下：其中，xi∈R1×N表示原始數字圖像的第i行，表示原始數字圖像所有行的平均行值，ui∈R1×N表示經過行預處理之后的圖像的第i行。步驟3、對原始數字圖像Xm各列進行列均值為零的預處理，得到圖像Xl，公式如下：Xm＝[y1…yN]Xl＝[v1…vN]其中，yj∈RM×1表示原始數字圖像的第j列，表示原始數字圖像所有列的平均列值，vj∈RM×1表示經過列預處理之后的圖像的第j列。步驟4、對經過行預處理得到的圖像Xr進行子空間投影，得到子空間圖像矩陣Xrs，在子空間中，通過降低原空間的維數，可以有效的將原空間相互臨近的行在子空間中分散開來并能降低噪聲對配準的影響，投影公式如下：[d，v]＝eig(Xr)Xrs(i，j)＝d(：，j+p)T·Xrs(i，：)T，i＝1，2…M，j＝1，2…(N-p)其中，eig(·)表示矩陣的特征值和特征向量對應的函數，v表示特征值構成的矩陣，d表示特征值對應的特征向量構成的矩陣，p表示行子空間和原空間維數的差值。步驟5、對經過列預處理得到的圖像Xl進行列子空間投影，得到列空間圖像矩陣Xls，通過降低原空間的維數，可以有效的將原空間相互臨近的列在子空間中分散開來并能降低噪聲對配準的影響，投影公式如下：[d′，v′]＝eig(Xl)Xls(i，j)＝d′(：，i+q)T·Xls(：，j)T，i＝1，2…(M-q)，j＝1，2…N其中，eig(·)表示矩陣的特征值和特征向量對應的函數，v′表示特征值構成的矩陣，d′表示特征值對應的特征向量構成的矩陣，q表示列子空間和原空間維數的差值。步驟6、分別在行子空間和列子空間進行相鄰兩幀圖像的行配準和列配準，得到相鄰兩幀圖像的行位移dy和列位移dx，通過dy、dx進行配準來進行非均勻性校正，得到校正后的圖像X′m，校正公式如下：其中，α為學習速率，ERR為相鄰兩幀的閾值，k為增益校正參數，b為偏置校正參數。實施例1結合圖2，紅外探測器采集到白天高空拍攝下校園建筑的紅外圖像，圖像大小為320×256。一種子空間投影的幀間配準非均勻性校本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種子空間投影的幀間配準非均勻性校正方法，其特征在于，方法步驟如下：步驟1、將紅外探測器采集到的原始模擬圖像經過A/D轉換后，得到原始數字圖像Xm，X∈RM×N,其中，M表示原始數字圖像Xm的行數，N表示原始數字圖像Xm的列數，m表示原始數字圖像的幀號；步驟2、對原始數字圖像Xm各行進行行均值為零的預處理，得到經過行預處理之后的圖像Xr，公式如下：Xm=x1...xM]]>xrT‾=Σi=1MxiTM]]>uiT=xiT-xrT‾,i=1,2...M]]>Xr=u1...uM]]>其中，xi∈R1×N表示原始數字圖像的第i行,表示原始數字圖像所有行的平均行值,ui∈R1×N表示經過行預處理之后的圖像的第i行；步驟3、對原始數字圖像Xm各列進行列均值為零的預處理，得到經過列預處理之后的圖像Xl，公式如下：Xm＝[y1…yN]y‾l=Σj=1NyjN]]>vj=yj-y‾l,j=1,2...N]]>Xl＝[v1…vN]其中，yj∈RM×1表示原始數字圖像的第j列,表示原始數字圖像所有列的平均列值,vj∈RM×1表示經過列預處理之后的圖像的第j列；步驟4、對經過行預處理得到的圖像Xr進行子空間投影得到子空間圖像矩陣Xrs，公式如下：[d,v]＝eig(Xr)Xrs(i,j)＝d(:,j+p)T·Xrs(i,:)T,i＝1,2…M,j＝1,2…(N?p)其中，eig(·)表示矩陣的特征值和特征向量對應的函數，v表示特征值構成的矩陣，d表示特征值對應的特征向量構成的矩陣，p表示行子空間和原空間維數的差值；步驟5、對經過列預處理得到的圖像Xl進列子空間投影得到列空間圖像矩陣Xls，公式如下：[d′,v′]＝eig(Xl)Xls(i,j)＝d′(:,i+q)T·Xls(:,j)T,i＝1,2…(M?q),j＝1,2…N其中，eig(·)表示矩陣的特征值和特征向量對應的函數，v′表示特征值構成的矩陣，d′表示特征值對應的特征向量構成的矩陣，q表示列子空間和原空間維數的差值；步驟6、分別在行子空間和列子空間進行相鄰兩幀圖像的行配準和列配準，得到相鄰兩幀圖像的行位移dy和列位移dx，通過dy、dx進行配準來進行非均勻性校正，得到校正后的圖像X′m，校正公式如下：ERRm(i,j)=Xm′(i-dy,j-dx)-Xm-1′(i,j)km(i,j)=km(i,j)-α·Xm(i,j)·ERRm(i,j)bm(i,j)=bm(i,j)-α·ERRm(i,j)Xm′(i,j)=Xm(i,j)·km(i,j)+bm(i,j)]]>其中，α為學習速率,ERR為相鄰兩幀的閾值，k為增益校正參數，b為偏置校正參數。...

【技術特征摘要】
1.一種子空間投影的幀間配準非均勻性校正方法，其特征在于，方法步驟如下：步驟1、將紅外探測器采集到的原始模擬圖像經過A/D轉換后，得到原始數字圖像Xm，X∈RM×N,其中，M表示原始數字圖像Xm的行數，N表示原始數字圖像Xm的列數，m表示原始數字圖像的幀號；步驟2、對原始數字圖像Xm各行進行行均值為零的預處理，得到經過行預處理之后的圖像Xr，公式如下：Xm=x1...xM]]>xrT‾=Σi=1MxiTM]]>uiT=xiT-xrT‾,i=1,2...M]]>Xr=u1...uM]]>其中，xi∈R1×N表示原始數字圖像的第i行,表示原始數字圖像所有行的平均行值,ui∈R1×N表示經過行預處理之后的圖像的第i行；步驟3、對原始數字圖像Xm各列進行列均值為零的預處理，得到經過列預處理之后的圖像Xl，公式如下：Xm＝[y1…yN]y‾l=Σj=1NyjN]]>vj=yj-y‾l,j=1,2...N]]>Xl＝[v1…vN]其中，yj∈RM×1表示原始數字圖像的第j列,表示原始數字圖像所有列的平均列值,vj∈RM×1表示經過列預處理之后的圖像的第j列；步驟4、對經過行預處理得到的圖像Xr進行子空間投影得到子空間圖像矩陣Xrs，公式如下：[d,v]＝eig(Xr)Xrs(i,j)＝d(:,j+p)T·Xrs(i,:)T,i＝1,2…M,j＝1,2…(N-p)其中，eig(·)表示矩陣的特征值和特征向量對應的函數，v表示特征值構成的<...

【專利技術屬性】
技術研發人員：隋修寶，匡小冬，陳錢，顧國華，沈雪薇，趙耀，陶遠榮，劉源，潘科辰，
申請(專利權)人：南京理工大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32