红外与可见光图像配准与融合的系统与方法技术方案

本发明专利技术提供一种红外与可见光图像配准与融合的系统，包括：由两个可见光探测器、两个可见光物镜、红外探测器、红外物镜组成一模拟共光轴成像光路，红外成像单元位于两个可见光成像单元的中间，且两个可见光成像单元与红外成像单元处在平行光轴上；一图像处理装置，与两个可见光探测器以及红外探测器连接，并基于可见光探测器以及红外探测器传输的图像数据进行红外与可见光图像配准与融合。本发明专利技术的红外与可见光图像配准与融合的系统可实现可见光重合区域图像中心与红外图像中心一个像素内的配准，配准效果稳定。本发明专利技术还涉及一种红外与可见光图像配准与融合的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于图像融合处理
，具体涉及一种目标探测过程中红外与可见光图像配准与融合的系统与方法。
技术介绍
红外与可见光图像融合最终需要达到两种异质图像的匹配融合，因此图像融合技术的实现必须建立在精度高、效果稳定的图像配准技术之上。如果两种图像空间误差超过一个像素，则最终的融合图像会出现重影，严重影响图像融合的质量。对于红外与可见光图像融合，现有的技术中主要采用平行光轴配准与共光轴配准两种方式。例如，在第2010I0223561.X号中国专利公开的一种红外与微光多光谱融合前端光机结构提出一种基于平行光轴的红外与可见光图像融合前端光机结构，通过保证红外与可见光成像单元光轴的平行度，光轴夹角＜0.5mrad，以及对图像进行仿射变换来实现红外与可见光图像的配准。由于在平行光轴下红外与可见光成像存在着不可消除的像差，因此该方法的使用会出现远近配准效果不一致的问题，而且对光轴平行度的精度要求高，配准系数调校难度大，光轴稍有偏差就会造成配准效果不稳定。共光轴的配准技术包括两种，一种是利用半透半反镜分光的共光轴技术，另一种是利用折返射镜头的共光轴技术。公开号为CN102419209的中国专利申请提出一种手持式红外热像仪，公开了一种利用半透半反镜分光的共光轴红外与可见光图像配准技术，半透半反镜可以透射红外并反射可见光，将一束光分成两束不同波段的光，实现共光轴图像配准。但是半透半反镜会衰减进入成像单元的光强，从而造成成像单元的成像质量降低，并且红外与可见光的半透半反镜对镀膜要求非常高，分光膜系工艺限制较大。一些研究者在微光与红外图像融合手持观察镜光学系统设计中还提出一种基于折返射镜头的共光轴配准结构，利用折返射可见光物镜来接收场景可见光，并于微光成像单元处成微光图像，在折返射物镜遮拦区域嵌入红外反射镜进行光路转折，被红外物镜接收并于红外探测器处成像，这样就实现了红外与微光成像单元的共光轴成像。但是相比与投射式镜头，折返射镜头设计难度较大、结构复杂、成本高且体积大，且多数适用于小视场、远距离观察的应用场合，因此利用折返射镜头的共光轴图像融合系统的应用范围受到较大的限制。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种红外与可见光图像配准与融合的新方法，实现可见光重合区域图像中心与红外图像中心一个像素内的配准，配准效果稳定。本专利技术的上述目的通过独立权利要求的技术特征实现，从属权利要求以另选或有利的方式发展独立权利要求的技术特征。为达成上述目的，本专利技术提出一种红外与可见光图像配准与融合的系统，包括：由两个可见光探测器、两个可见光物镜、红外探测器、红外物镜组成一模拟共光轴成像光路，其中第一可见光探测器与第一可见光物镜构成第一可见光成像单元，第二可见光探测器与第二可见光物镜构成第二可见光成像单元，红外探测器、红外物镜构成红外成像单元；红外成像单元位于两个可见光成像单元的中间，且两个可见光成像单元与红外成像单元处在平行光轴上，红外成像单元与可见光成像单元中心处于同一水平线上，且红外成像单元处于两个可见光成像单元之间的中点位置；一图像处理装置，与所述两个可见光探测器以及红外探测器连接，并基于可见光探测器以及红外探测器传输的图像数据进行红外与可见光图像配准与融合。本专利技术的另一方面提出一种红外与可见光图像配准与融合的方法，包括：提供由两个可见光探测器、两个可见光物镜、红外探测器、红外物镜组成模拟共光轴的成像光路，其中第一可见光探测器与第一可见光物镜构成第一可见光成像单元，第二可见光探测器与第二可见光物镜构成第二可见光成像单元，红外探测器、红外物镜构成红外成像单元；红外成像单元位于两个可见光成像单元的中间，且两个可见光成像单元与红外成像单元处在平行光轴上，红外成像单元与可见光成像单元中心处于同一水平线上，且红外成像单元处于两个可见光成像单元之间的中点位置；通过一图像处理装置基于可见光探测器以及红外探测器传输的图像数据进行红外与可见光图像配准与融合处理。进一步的实施例中，所述红外与可见光图像配准与融合处理包括：步骤S1、提取两路可见光图像中的重合区域图像；步骤S2、对红外图像进行基于模拟共光轴的空间变换；步骤S3、对可见光重合区域图像和基于模拟共光轴空间变换的红外图像进行图像中心配准；步骤S4、以红外图像为背景，对中心配准后的可见光重合区域图像和红外图像进行开窗融合。上述的基于模拟共光轴的空间变换，即利用如下公式进行红外图像的缩放：其中(x,y)为变换前原图像上像素坐标，(x',y')为变换后图像上像素坐标，k为水平和垂直方向的放大系数，σIR为红外探测器像元尺寸，σVIS为可见光探测器像元尺寸，[·]为取整数。上述的图像中心配准，即以基于模拟共光轴空间变换的红外图像为背景，对可见光重合区域图像进行旋转、平移操作，弥补光学和机械结构带来的误差，实现可见光重合区域图像中心与红外图像中心一个像素内的配准。与现有技术相比，本专利技术的图像配准与融合方法具有如下显著优点：与平行光轴配准技术相比，本方法配准精度远近一致，配准效果稳定，配准参数易于调节；与利用半透半反镜的共光轴配准技术相比，本方法不会衰减进入系统的光强，保证了成像质量，且工艺难度低；与利用折返射镜头的共光轴配准技术相比，本方法配准效果相当，且结构简单，易于实现，体积相对较小，成本较低，应用范围更大。应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的专利技术主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的专利技术主题的一部分。结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本专利技术教导的前述和其他方面、实施例和特征。本专利技术的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本专利技术教导的具体实施方式的实践中得知。附图说明附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本专利技术的各个方面的实施例，其中：图1是根据本专利技术某些实施例的红外与可见光图像配准与融合方法的示意图。图2是本专利技术的模拟共光轴成像光路示意图。图3是本专利技术的可见光重合区域图像提取示意图。图4是双线性插值的原理示意图。图5是图像配准与融合过程示意图。具体实施方式为了更了解本专利技术的
技术实现思路
，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。在本公开中参照附图来描述本专利技术的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本专利技术的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本专利技术所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本专利技术公开的一些方面可以单独使用，或者与本专利技术公开的其他方面的任何适当组合来使用。结合图1、图2所示，根据本专利技术的实施例，红外与可见光图像配准与融合的系统，包括一个模拟共光轴成像光路和图像处理装置。模拟共光轴成像光路由两个可见光探测器(1、3)、两个可见光物镜(4、6)、红外探测器2、红外物镜5组成，其中第一可见光探测器1与第一可见光物镜4构成第一可见光成像单元，第二可见光探测器3与第二可见光物镜6本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种红外与可见光图像配准与融合的系统，其特征在于，包括：由两个可见光探测器(1、3)、两个可见光物镜(4、6)、红外探测器(2)、红外物镜(5)组成一个模拟共光轴的成像光路，其中第一可见光探测器(1)与第一可见光物镜(4)构成第一可见光成像单元，第二可见光探测器(3)与第二可见光物镜(6)构成第二可见光成像单元，红外探测器(2)、红外物镜(5)构成红外成像单元；红外成像单元位于两个可见光成像单元的中间，且两个可见光成像单元与红外成像单元处在平行光轴上，红外成像单元与可见光成像单元中心处于同一水平线上，且红外成像单元处于两个可见光成像单元之间的中点位置；一图像处理装置，与所述两个可见光探测器(1、3)以及红外探测器(2)连接，并基于可见光探测器(1、3)以及红外探测器(2)传输的图像数据进行红外与可见光图像配准与融合。

【技术特征摘要】
1.一种红外与可见光图像配准与融合的系统，其特征在于，包括：由两个可见光探测器(1、3)、两个可见光物镜(4、6)、红外探测器(2)、红外物镜(5)组成一个模拟共光轴的成像光路，其中第一可见光探测器(1)与第一可见光物镜(4)构成第一可见光成像单元，第二可见光探测器(3)与第二可见光物镜(6)构成第二可见光成像单元，红外探测器(2)、红外物镜(5)构成红外成像单元；红外成像单元位于两个可见光成像单元的中间，且两个可见光成像单元与红外成像单元处在平行光轴上，红外成像单元与可见光成像单元中心处于同一水平线上，且红外成像单元处于两个可见光成像单元之间的中点位置；一图像处理装置，与所述两个可见光探测器(1、3)以及红外探测器(2)连接，并基于可见光探测器(1、3)以及红外探测器(2)传输的图像数据进行红外与可见光图像配准与融合。2.根据权利要求1所述的红外与可见光图像配准与融合的系统，其特征在于，所述两个可见光探测器的参数相同，两个可见光物镜的参数相同。3.根据权利要求1所述的红外与可见光图像配准与融合的系统，其特征在于，所述两个可见光物镜(4、6)和红外物镜(5)的焦距相同。4.根据权利要求1所述的红外与可见光图像配准与融合的系统，其特征在于，所述图像处理装置被设置成安装下述方式进行图像配准与融合：提取两路可见光图像中的重合区域图像；对红外图像进行基于模拟共光轴的空间变换；对可见光重合区域图像和基于模拟共光轴空间变换的红外图像进行图像中心配准；以红外图像为背景，对中心配准后的可见光重合区域图像和红外图像进行开窗融合。5.一种红外与可见光图像配准与融合的方法，其特征在于，包括：提供由两个可见光探测器(1、3)、两个可见光物镜(4、6)、红外探测器(2)、红外物镜(5)组成模拟共光轴的成像光路，其中第一可见光探测器(1)与第一可见光物镜(4)构成第一可见光成像单元，第二可见光探测器(3)与第二可见光物镜(6)构成第二可见光成像单元，红外探测器(2)、红外物镜(5)构成红外成像单元；红外成像单元位于两个可见光成像单元的中间，且两个可见光成像单元与红外成像单元处在平行光轴上，红外成像单元与可见光成像单元中心处于同一水平线上，且红外成像单元处于两个可见光成像单元之间的中点位置；通过一图像处理装置基于可见光探测器(1、3)以及红外探测器(2)传输的图像数据进行红外与可见光图像配准与融合处理。6.根据权利要求5所述的红外与可见光图像配准与融合的方法，其特征在于，所述红外与可见光图像配准与融合处理包括：步骤S1、提取两路可见光图像中的重合区域图像；步骤S2、对红外图像进行基于模拟共光轴的空间变换；步骤S3、对可见光重合区域图像和基于模拟共光轴空间变换的红外图像进行图像中心配准；步骤S4、以红外图像为背景，对中心配准后的可见光重合区域图像和红外图像进行开窗融合。7.根据权利要求6所述的红外与可见光图像配准与融合的方法，其特征在于，所述步骤S1中，提取...

【专利技术属性】
技术研发人员：闵超波，杨锋，顾燕，张勤东，郭一亮，王琦，朱波，胡松，裴晶，王健，李英杰，
申请(专利权)人：北方夜视技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：云南;53