用于估计信号间的变换的信号处理器及方法技术

本发明专利技术提供一种计算参考信号和待检信号之间的平移偏移的估计值的方法，该方法包括以下步骤：提供待检信号的相位估计值的集合；对于由平移偏移构成的阵列中的每个元素，提供所述参考信号在平移偏移下的预期相位的集合，计算在所述平移偏移下的预期相位的集合中的每个预期相位和对应的相位估计值的相位偏差度量，并计算在所述平移偏移下的所述相位偏差度量的总和；以及确定由平移偏移构成的阵列的相位偏差度量的峰值，其中所述峰值的位置提供所述平移偏移的估计值。

【技术实现步骤摘要】
用于估计信号间的变换的信号处理器及方法本申请是申请号为201180052657.7、申请日为2011年9月1日的同名专利申请的分案申请
本专利技术涉及信号处理，并且特别涉及在信号检测、鉴别、信号匹配和识别等应用场合使用的确定信号之间的变换的信号处理。
技术介绍
有许多种信号处理应用场合需要准确且高效地计算待检信号和参考信号之间的仿射变换。对图像信号检测和识别应用场合而言，情况尤其是这样，对其他类型的信号而言，情况也是如此。在信号检测和信号识别的情况下，计算装置的目标是确定在待检信号中是否存在特定的参考信号。当参考信号存在、但是由于坐标空间的变换而发生畸变时，所述目标将更难实现。在图像处理过程中，这样的变换是通过借助图像编辑(放大，收缩，旋转，数字采样(和重新采样)，格式转换，等等)对参考信号进行操作而引起的。当参考图像或参考图像所表现的对象通过摄像机从相对于所述参考图像或所述对象的原始状态的不同参考点被拍摄时，所得结果就是包含处于变换后的状态的参考信号的待检图像。除非有一种手段来确定和补偿参考信号的仿射变换，否则将更难准确地检测、识别参考信号或者将参考信号与其在待检图像中的对应物匹配。该信号处理问题对于多种领域都很重要。一些实例包括机器视觉、医学影像分析、对象和信号识别、生物统计信号分析和匹配(例如，面部、声音、虹膜/视网膜、指纹匹配)、监视应用场合等。在这些应用场合中，目标可以是检测输入的待检信号或将输入的待检信号与一个特定参考信号匹配，或者将输入的待检信号与许多不同的参考信号匹配(例如在数据库搜索中，某查询包括一待检信号(探头(probe)或模板)，将该待检信号对照参考信号数据库进行匹配)。各种类型的图像和声音可以使用信号识别和检测技术来鉴别。这些技术包括：基于信号固有的属性进行识别，以及基于特意嵌入另一信号中从而提供附加数据承载能力的数据进行识别，例如类似条形码和数字水印的机器可读代码的情况。近年来，计算装置正在越来越多地配备有各种传感器，包括图像和音频传感器。为了向这些装置提供与其周围的世界交互的能力，这些装置需要能够识别和鉴别它们通过传感器捕获的信号。电子器件的进步已经使这些先进传感功能的应用范围扩展得超出了专用装置(例如机器视觉装备、监视和探查装备、以及医学成像工具)，从而扩展到消费电子装置(例如个人计算机和移动电话手持机)。在这些装置中捕获的信号经常会由于变换而发生畸变。如果这些变换可以用仿射变换或者至少在局部用仿射变换来近似估计，那么就有可能确定使待检信号与参考信号最为匹配的仿射变换(包括在信号的一部分中发生的局部仿射变换)。使参考信号与其在待检信号中的对应物配准的仿射变换可以表示为y＝Ax+b，其中x和y是表示参考信号的向量和表示参考信号的变换后版本的向量，A是线性变换矩阵，并且b是平移。仿射变换通常包括线性变换(旋转、缩放或剪切)和平移(即，移位)。对于二维信号来说，线性变换矩阵是由定义旋转、缩放和剪切的参数构成的二乘二(2x2)的矩阵。平移组分是由定义水平和垂直移位的参数构成的二乘一(2x1)的矩阵。如下文更详细描述的那样，平移与相移是相关的。因此，对两个信号进行配准的处理可以包括线性变换以及平移的近似。线性变换有时是通过确定信号相关性运算来进行近似估计的，所述信号相关性运算经常采用傅立叶变换和反傅立叶变换。平移组分是通过确定傅立叶表示形式的相移(例如，使用信号相关性)来进行近似估计的。当信号变换在通用处理单元或专用数字逻辑电路的数字计算环境中计算时，许多挑战会出现。这些挑战中的一些包括由于采用离散数字逻辑表示信号而引起的误差。不仅在通过传感器对模拟信号进行采样时会引入量化误差，而且在这些信号被变换到不同的坐标空间中(例如，傅立叶变换和反傅立叶变换)时对这些信号进行重新采样时也会引入量化误差。在用于存储信号的离散值和相关变换参数的电路的精度或精度限制方面会引入额外误差。另一个挑战是，信号识别和信号配准通常会涉及变换和逆变换，这些变换和逆变换除了会引入误差之外，还在硬件实现方面计算成本昂贵，需要额外的存储空间，并且会在离散信号中的每个值被变换、重新采样或者根据邻近的采样值进行近似估计时由于对存储器进行读/写操作的需求的增多而引入存储器带宽限制。鉴于这些挑战，就需要准确且仍然能高效地在数字计算环境中实现的用于确定信号之间的变换的方法。这包括用于估计线性变换以及确定平移或相移的更有效的方法。
技术实现思路
本专利技术的一个方面是一种使用直接最小二乘法来计算离散参考信号与待检信号之间的变换的方法。该方法提供表示离散参考信号的特征位置的集合，并且提供初始变换参数的种子集合。特征位置和变换参数被表示为电子存储器中的数字电子信号。使用种子集合，该方法计算能够找出线性变换候选者的最小二乘法最小化，所述线性变换候选者使利用线性变换将离散参考信号的特征位置和待检信号中的对应特征位置配准时的误差最小化。这包括计算与线性变换候选者相对应的相关性度量。该方法对每个种子评估线性变换候选者以鉴别候选者的子集，该子集表示线性变换候选者的精炼后的估计结果。本专利技术的另一方面是一种直接最小二乘法电路。该电路包括存储器，用于存储待检信号表示形式。该电路包括相关性模块，用于接收线性变换候选者的种子集合，并确定每个候选者的相关性度量作为在线性变换候选者被应用时参考信号和待检信号表示形式之间的相关性的度量。该电路还包括坐标更新模块，用于在通过应用线性变换候选者而确定的位置处确定与参考信号的特征相对应的特征在待检信号表示形式内的特征位置。该模块确定参考信号的组分在待检信号中的位置，并提供输入至最小二乘法计算器以确定参考信号和待检信号之间的变换。该电路包括最小二乘法计算器，用于对每个候选者确定更新后的线性变换，所述更新后的线性变换提供参考信号特征位置和由坐标更新模块确定的待检信号内的对应特征位置之间的最小二乘匹配。该电路被实现为使用相关性度量以鉴别最有希望的线性变换候选者。例如，该电路迭代进行更新所述变换的处理，只要相关性度量在变换所具有的配准参考信号和待检信号的能力方面显示出改进迹象。本专利技术的另一方面是一种计算变换后的信号的相位的估计值的方法。该方法提供表示离散参考信号的特征位置的集合，接收待检信号，并将变换应用于参考信号以提供变换后的位置的集合。该方法在变换后的位置周围的邻近区域中的离散采样位置对待检信号的相位进行采样。该方法将点扩散函数应用于这些采样的相位，以提供待检信号在与变换后的位置相对应的位置处的相位的估计值。本专利技术的另一方面是一种电路，其包括用于存储待检信号的相位的存储器和用于将参考信号的坐标变换为变换后的坐标位置的变换模块。该电路还包括点扩散函数模块，用于从存储器中读取待检信号在变换后的坐标位置周围的位置处的选定相位，并将点扩散函数应用于选定相位以提供估计相位。本专利技术的另一方面是一种计算参考信号和待检信号之间的平移偏移的估计值的方法，该方法提供待检信号的相位估计值的集合。对于由平移偏移构成的阵列中的每个元素，该方法提供参考信号在平移偏移下的预期相位的集合。该方法计算在平移偏移下的预期相位的集合中的每个预期相位和对应的相位估计值的相位偏差度量，并计算在平移偏移下的相位偏差度量的总和。该方法提供与由平移偏移构成的阵本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种计算参考信号和待检信号之间的平移偏移的估计值的方法，所述方法包括：提供待检信号的相位估计值的集合；对于由平移偏移构成的阵列中的每个元素，提供所述参考信号在平移偏移下的预期相位的集合，计算在所述平移偏移下的预期相位的集合中的每个预期相位和对应的相位估计值的相位偏差度量，并计算在所述平移偏移下的所述相位偏差度量的总和；以及确定由平移偏移构成的阵列的相位偏差度量的峰值，其中所述峰值的位置提供所述平移偏移的估计值。

【技术特征摘要】
2010.09.03 US 61/380,1801.一种计算参考信号和待检信号之间的平移偏移的估计值的方法，所述方法包括：提供待检信号的相位估计值的集合；对于由平移偏移构成的阵列中的每个元素，提供所述参考信号在平移偏移下的预期相位的集合，计算在所述平移偏移下的预期相位的集合中的每个预期相位和对应的相位估计值的相位偏差度量，并计算在所述平移偏移下的所述相位偏差度量的总和；以及确定由平移偏移构成的阵列的相位偏差度量的峰值，其中所述峰值的位置提供所述平移偏移的估计值。2.如权利要求1所述的方法，其中所述待检信号包括图像信号。3.如权利要求2所述的方法，其中所述待检信号包括从图像传感器采样的图像信号。4.如权利要求1所述的方法，其中所述参考信号包括信号成分的集合，并且所述预期相位的集合与所述信号成分的相位相对应。5.如权利要求4所述的方法，其中所述信号成分是频率成分，并且所述预期相位与所述频率成分的频率位置相对应。6.如权利要求1所述的方法，其中所述待检信号包括一种版本的参考信号，并且使用所述相位偏差度量来确定所述一种版本的参考信号在所述待检信号中的平移偏移。7.如权利要求6所述的方法，其中使用所述平移偏移来确定所述待检信号中的所述一种版本的参考信号和所述参考信号之间的变换。8.如权利要求6所述的方法，其中所述参考信号与嵌入所述待检信号中的数字水印信号相对应，并且使用所述平移偏移来检测所述待检信号中的所述数字水印信号。9.一种计算机可读介质，在所述计算机可读介质上存储有指令，当所述指令被一个或多...

【专利技术属性】
技术研发人员：RK夏尔马，JD洛德，RG莱昂斯，
申请(专利权)人：数字标记公司，
类型：发明
国别省市：美国,US