一种基于子空间投影的帧间配准非均匀性校正方法技术

本发明专利技术公开了一种基于子空间投影的帧间配准非均匀性校正方法,通过将红外探测器采集到的原始模拟图像经过A/D转换后，得到原始数字图像，然后将行列分别进行行列均值为零的预处理，再将行矩阵和列矩阵分别投影到各自的子空间，在各自的子空间中求相邻两帧图像的行位移和列位移，最后将得到的行（列）位移带入到帧间配准公式中来进行非均匀性校正，获得校正后的图像。本发明专利技术具有简单、高效的特点，能够处理含大量噪声的非均匀性图像并得到较好的校正效果。

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.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术技术属于红外图像非均匀性校正领域，具体涉及一种子空间投影的帧间配准非均匀性校正方法。
技术介绍
红外辐射使得人类对于大自然认识的视野得到开拓，在红外成像系统中，外部红外辐射经过光学系统传入红外探测器，聚焦在热敏元上，探测器把红外辐射能量转换成电信号，电信号反应红外辐射能量的强弱，再经过放大、AD采样和信号处理之后，在显示系统上形成可观察的红外图像。理想情况下，红外焦平面探测器上每一个像敏像元的响应曲线都应该是完全相同的。然而在实际情况下，红外焦平面探测器自身的半导体材料、工艺上的缺陷等都会造成红外焦平面探测器上的各个像敏元具有不同的响应特性，即在均匀红外辐射下，探测器响应值具有差异性，而且非均匀性的轻重也与探测器材料和工艺相关。再者，红外图像所呈现出的非均匀性与整个红外成像系统的各个部分均有关，光学系统、读出电路等都会影响非均匀性，这部分的影响很难从总体的非均匀性中分辨和分离，所以从广义上来说，非均匀性是指在均匀红外辐射入射的情况下红外焦平面探测器各像敏元响应的不一致性。中国专利号201110457706.7，公开了一种快速收敛的基于场景非均匀性校正方法，该方法通过采集一帧新的未校正原始图像与上一帧未校正原始图像一同利用当前非均匀性校正参数进行非均匀性校正，并采用最速下降法沿着负梯度方向更新校正参数。然而该方法在面对图像具有大量噪声的情况下，在进行新一帧与上一帧配准的时候由于图像噪声多，非均匀性严重，我们不能确保前后两者配准准确，由于噪声的干扰，图像不能配准，从而导致非均匀性无法得到校正。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种子空间投影的帧间配准非均匀性校正方法，解决了图像在面对噪声严重的情况下不能得到良好图像质量的问题。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种子空间投影的帧间配准非均匀性校正方法，方法步骤如下：步骤1、将红外探测器采集到的原始模拟图像经过A/D转换后，得到原始数字图像Xm，X∈RM×N，其中，M表示原始数字图像Xm的行数，N表示原始数字图像Xm的列数，m表示原始数字图像的帧号。步骤2、对原始数字图像Xm各行进行行均值为零的预处理，得到经过行预处理之后的图像Xr，公式如下：其中，xi∈R1×N表示原始数字图像的第i行，表示原始数字图像所有行的平均行值，ui∈R1×N表示经过行预处理之后的图像的第i行。步骤3、对原始数字图像Xm各列进行列均值为零的预处理，得到经过列预处理之后的图像Xl，公式如下：Xm＝[y1…yN]Xl＝[v1…vN]其中，yj∈RM×1表示原始数字图像的第j列，表示原始数字图像所有列的平均列值，vj∈RM×1表示经过列预处理之后的图像的第j列。步骤4、对经过行预处理得到的图像Xr进行子空间投影得到子空间图像矩阵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(·)表示矩阵的特征值和特征向量对应的函数，v表示特征值构成的矩阵，d表示特征值对应的特征向量构成的矩阵，p表示行子空间和原空间维数的差值。步骤5、对经过列预处理得到的图像Xl进列子空间投影得到列空间图像矩阵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(·)表示矩阵的特征值和特征向量对应的函数，v′表示特征值构成的矩阵，d′表示特征值对应的特征向量构成的矩阵，q表示列子空间和原空间维数的差值。步骤6、分别在行子空间和列子空间进行相邻两帧图像的行配准和列配准，得到相邻两帧图像的行位移dy和列位移dx，通过dy、dx进行配准来进行非均匀性校正，得到校正后的图像X′m，校正公式如下：其中，α为学习速率，ERR为相邻两帧的阈值，k为增益校正参数，b为偏置校正参数。上述步骤2和步骤3顺序对调。上述步骤4和步骤5顺序对调。本专利技术与现有技术相比，其显著优点：(1)收敛速率快，本专利技术能够在很短的时间内对图像进行非均匀性校正，节省了时间；(2)校正效果明显，面对非均匀性严重的红外图像，能够对图像进行良好的校正，得到较好的图像质量；(3)实用性广，面对不同的场景均有良好的校正效果。附图说明图1为本专利技术一种子空间投影的帧间配准非均匀性校正方法的方法流程图。图2为本专利技术经过子空间投影的帧间配准非均匀性校正方法的白天高空拍摄下的校园建筑的效果比较图；其中(a)为校园建筑的红外原始图像，(b)为校正之后图像。图3为本专利技术经过子空间投影的帧间配准非均匀性校正方法的白天高空拍摄下的高原的效果比较图；其中(a)为高原的红外原始图像，(b)为校正之后图像。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。结合图1，一种子空间投影的帧间配准非均匀性校正方法，方法步骤如下：步骤1、将红外探测器采集到的原始模拟图像经过A/D转换后，得到原始数字图像Xm，X∈RM×N，其中，M表示原始数字图像Xm的行数，N表示原始数字图像Xm的列数，m表示原始数字图像的帧号。步骤2、对原始数字图像Xm各行进行行均值为零的预处理，得到图像Xr，公式如下：其中，xi∈R1×N表示原始数字图像的第i行，表示原始数字图像所有行的平均行值，ui∈R1×N表示经过行预处理之后的图像的第i行。步骤3、对原始数字图像Xm各列进行列均值为零的预处理，得到图像Xl，公式如下：Xm＝[y1…yN]Xl＝[v1…vN]其中，yj∈RM×1表示原始数字图像的第j列，表示原始数字图像所有列的平均列值，vj∈RM×1表示经过列预处理之后的图像的第j列。步骤4、对经过行预处理得到的图像Xr进行子空间投影，得到子空间图像矩阵Xrs，在子空间中，通过降低原空间的维数，可以有效的将原空间相互临近的行在子空间中分散开来并能降低噪声对配准的影响，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(·)表示矩阵的特征值和特征向量对应的函数，v表示特征值构成的矩阵，d表示特征值对应的特征向量构成的矩阵，p表示行子空间和原空间维数的差值。步骤5、对经过列预处理得到的图像Xl进行列子空间投影，得到列空间图像矩阵Xls，通过降低原空间的维数，可以有效的将原空间相互临近的列在子空间中分散开来并能降低噪声对配准的影响，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(·)表示矩阵的特征值和特征向量对应的函数，v′表示特征值构成的矩阵，d′表示特征值对应的特征向量构成的矩阵，q表示列子空间和原空间维数的差值。步骤6、分别在行子空间和列子空间进行相邻两帧图像的行配准和列配准，得到相邻两帧图像的行位移dy和列位移dx，通过dy、dx进行配准来进行非均匀性校正，得到校正后的图像X′m，校正公式如下：其中，α为学习速率，ERR为相邻两帧的阈值，k为增益校正参数，b为偏置校正参数。实施例1结合图2，红外探测器采集到白天高空拍摄下校园建筑的红外图像，图像大小为320×256。一种子空间投影的帧间配准非均匀性校本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种子空间投影的帧间配准非均匀性校正方法，其特征在于，方法步骤如下：步骤1、将红外探测器采集到的原始模拟图像经过A/D转换后，得到原始数字图像Xm，X∈RM×N,其中，M表示原始数字图像Xm的行数，N表示原始数字图像Xm的列数，m表示原始数字图像的帧号；步骤2、对原始数字图像Xm各行进行行均值为零的预处理，得到经过行预处理之后的图像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表示原始数字图像的第i行,表示原始数字图像所有行的平均行值,ui∈R1×N表示经过行预处理之后的图像的第i行；步骤3、对原始数字图像Xm各列进行列均值为零的预处理，得到经过列预处理之后的图像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表示原始数字图像的第j列,表示原始数字图像所有列的平均列值,vj∈RM×1表示经过列预处理之后的图像的第j列；步骤4、对经过行预处理得到的图像Xr进行子空间投影得到子空间图像矩阵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(·)表示矩阵的特征值和特征向量对应的函数，v表示特征值构成的矩阵，d表示特征值对应的特征向量构成的矩阵，p表示行子空间和原空间维数的差值；步骤5、对经过列预处理得到的图像Xl进列子空间投影得到列空间图像矩阵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(·)表示矩阵的特征值和特征向量对应的函数，v′表示特征值构成的矩阵，d′表示特征值对应的特征向量构成的矩阵，q表示列子空间和原空间维数的差值；步骤6、分别在行子空间和列子空间进行相邻两帧图像的行配准和列配准，得到相邻两帧图像的行位移dy和列位移dx，通过dy、dx进行配准来进行非均匀性校正，得到校正后的图像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为学习速率,ERR为相邻两帧的阈值，k为增益校正参数，b为偏置校正参数。...

【技术特征摘要】
1.一种子空间投影的帧间配准非均匀性校正方法，其特征在于，方法步骤如下：步骤1、将红外探测器采集到的原始模拟图像经过A/D转换后，得到原始数字图像Xm，X∈RM×N,其中，M表示原始数字图像Xm的行数，N表示原始数字图像Xm的列数，m表示原始数字图像的帧号；步骤2、对原始数字图像Xm各行进行行均值为零的预处理，得到经过行预处理之后的图像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表示原始数字图像的第i行,表示原始数字图像所有行的平均行值,ui∈R1×N表示经过行预处理之后的图像的第i行；步骤3、对原始数字图像Xm各列进行列均值为零的预处理，得到经过列预处理之后的图像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表示原始数字图像的第j列,表示原始数字图像所有列的平均列值,vj∈RM×1表示经过列预处理之后的图像的第j列；步骤4、对经过行预处理得到的图像Xr进行子空间投影得到子空间图像矩阵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(·)表示矩阵的特征值和特征向量对应的函数，v表示特征值构成的<...

【专利技术属性】
技术研发人员：隋修宝，匡小冬，陈钱，顾国华，沈雪薇，赵耀，陶远荣，刘源，潘科辰，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32