基于合作目标的红外相机阵列公共区域提取方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于合作目标的红外相机阵列的公共区域提取方法，进行合作目标的选取，包括设置合作目标采用红外源，且产生红外光的波段处于或覆盖红外相机阵列对应波段的重叠部分；进行合作目标的放置，包括将三个合作目标安装在同一平面，三个合作目标之间在相机阵列拍摄的图像中距离不相等，并确定三者之间间距比例；红外相机阵列同时对三个合作目标进行拍摄采样，转换为黑白图，去除干扰噪点，得到三个合作目标分别对应的白色区域，再求取连通域坐标均值得到三个点；通过三个合作目标之间距离不同的关系，获取图像中三个点的对应关系，进行仿射变换；对仿射变换处理后的图像按像素进行遍历，将图像重合部分截取出来作为最终公共区域结果。终公共区域结果。终公共区域结果。

【技术实现步骤摘要】
基于合作目标的红外相机阵列公共区域提取方法及系统


[0001]本专利技术涉及数字图像配准应用处理领域，具体涉及一种基于合作目标的红外相机阵列公共区域获取技术方案。

技术介绍

[0002]图像配准是当前计算机图形学研究的热门领域，受到越多的研究学者的关注，并被逐步应用于医疗，军事，人脸识别等领域中。图像配准可细分为无合作目标配准和基于合作目标的配准。其中基于合作目标是利用具有标识性的物体在图像中能易于检测和识别的特点，为图像配准提供参考。
[0003]传统的无合作目标的配准方法包括灰度配准、互信息配准、特征点配准、多模态配准以及深度学习等方法，然而这一类方法需较多计算时间，无法作为在一些高实时性系统环境下的选择。
[0004]当前我国环境监控改善自动化进程中，需要解决机动车尾气检测应用场景下的图像配准问题，中国科学院精密测量科学与技术创新研究院和武汉大学合作进行国家重点研发计划：移动污染源排放现场执法监管的技术方法体系研究。
[0005]研发计划需要对多种污染气体进行检测，所以采用多台红外相机组成阵列，不同的相机对不同的污染物进行检测，但由于相机位置不同，所以相机阵列获取的图像会有一定的位置偏差。
[0006]此外红外相机阵列在不同的应用场合也和拍摄对象具有不同的位置关系：在实际运用场景中，红外相机阵列的位置会随着安装条件的不同而改变，在实际应用中，红外相机安装在4m
‑
6m的高度，镜头向下，对下方行驶过的车辆进行拍摄，红外相机阵列与地面大致平行，在安装过程中的微小偏差以及路面不水平等问题都可能使得红外相机阵列与拍摄目标不平行，且红外相机配有不同波段的滤光片，导致不同相机拍摄的画面在亮度分布甚至清晰度上都有着较大差异。研发计划的浓度反演需要通过配准工作获取统一的公共区域，配准后的红外图像用于空气污染物含量定量计算。配准的准确度会影响研发计划对空气污染物浓度反演的计算精度，相比于深度学习配准，多模态态配准等方法，本专利技术的配准准确度高，能够满足研发计划对于准确度的需要。
[0007]参见图1(其中黑色方框1
‑
5中对应的是五台红外相机获取的图像)，机动车尾气检测研发计划中采用五台规格和参数相同的红外相机组成一个红外相机阵列，五台红外相机放置在一个金属框架上，红外相机的镜头中心轴相互平行，镜头都位于同一平面上。红外相机阵列所拍摄的对象(机动车尾气)与红外相机相距四至五米，但由于红外相机的位置有一些不同，这导致同一拍摄对象(机动车)在五台红外相机所拍摄的图像中位置不同，此外，不同红外相机对应的滤光片波长也不同，这会导致拍摄的画面在亮度分布甚至清晰度上都有着较大差距，而深度学习和传统的配准方式需要较大的计算量与耗时，由于需要为研发计划后续的浓度反演提供一个同一的区域，且需要满足实时处理的需求，必然要求解决实时图像配准的问题，获取红外相机阵列图像的公共区域。
[0008]因此，本领域亟待提出方案填补相关研究空白，适用于相机阵列位置具有移动性，相机参数不相同场景，例如具体场景设计为：多红外相机阵列采集需要，阵列中红外相机的位置应满足相机镜头均位于同一平面，且红外相机的中心轴应相互平行，夹角需小于5
°
，相机的视角大小，视野角度，相机拍摄光学波段不同(相同的场景也适用)。场景中需具备安装红外合作目标(红外源)的条件，且场景对实时性要求高，传统深度学习、多模态等配准方式无法满足。
[0009]通过红外源作为合作目标完成一次配准以获取相机阵列拍摄图像的位置关系，满足高实时性系统的需要。配准后的红外图像用于空气污染物含量定量计算。配准的准确度会影响研发计划对空气污染物浓度反演的计算精度，要求解决方案准确度高，实时性强，同时计算量小，能够满足应用场景对于准确度、实时性的需要。

技术实现思路

[0010]本专利技术根据应用场景需要的实时性、精度、移动性与便捷性等要求，提出对红外相机阵列所采集的图像进行配准的技术方案，以获取不同相机成像中的最大公共区域。
[0011]为了实现上述目的，本专利技术提出一种基于合作目标的红外相机阵列的公共区域提取方法，进行以下处理，
[0012]合作目标的选取，包括设置合作目标采用红外源，且产生红外光的波段处于或覆盖红外相机阵列对应波段的重叠部分；
[0013]进行合作目标的放置，包括将三个合作目标安装在同一平面，三个合作目标之间在相机阵列拍摄的图像中距离不相等，并确定三者之间间距比例；
[0014]红外相机阵列同时对三个合作目标进行拍摄采样，获取与红外相机阵列中相机数量相同的图像；
[0015]对采集的图像通过灰度二值化转换为黑白图，通过形态学腐蚀操作去除成像中形成的干扰噪点，以得到三个合作目标分别对应的白色区域，再通过连通域标记，求取连通域坐标均值得到三个点；
[0016]通过三个合作目标之间距离不同的关系，获取红外相机阵列拍摄的多张图像中三个点的对应关系，通过不同图像之间三点的对应关系进行仿射变换；
[0017]对仿射变换处理后的图像按像素进行遍历，将图像重合部分截取出来作为最终公共区域结果。
[0018]而且，进行合作目标的放置时，将三个红外源安装于同一平面上，排列成一个直角三角形，三者之间间距比例为3:4:5。
[0019]而且，位于同一平面的红外相机阵列同时对同一平面的三个红外源采样。
[0020]而且，采集的图像中红外源亮度远大于环境，通过灰度阈值二值化将灰度图转换为黑白图；
[0021]根据红外相机成像特点，将黑白图进行腐蚀膨胀处理以去除成像中形成的干扰噪点；
[0022]根据红外源体积与形状特点，对黑白图连通域进行坐标值平均以获取三个合作目标的参考点坐标，通过三点之间距离大小关系来获取不同图像间三点之间对应关系。
[0023]而且，以相机阵列所获取的图像的三个参考点为基础进行仿射变换，然后进行重
合区域的获取，得到最大公共区域。
[0024]而且，用于机动车尾气检测浓度反演。
[0025]另一方面，本专利技术还提供一种基于合作目标的红外相机阵列的公共区域提取系统，包括处理器和存储器，存储器用于存储程序指令，处理器用于调用存储器中的存储指令执行如上所述的一种基于合作目标的红外相机阵列的公共区域提取方法。
[0026]另一方面，本专利技术还提供一种基于合作目标的红外相机阵列的公共区域提取系统，其特征在于：包括可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序执行时，实现如上任一项所述的一种基于合作目标的红外相机阵列的公共区域提取方法。
[0027]图像配准可以分为基于合作目标的配准和无合作目标的配准。传统的无合作目标配准不需要额外装置，但时间复杂度较大，实时性较差，本专利技术通过合作目标的途径进行配准，具有高实时性、操作简洁、装置轻便、满足红外相机阵列移动性的需要，实时处理等特点。通过合作目标一次定位，能够快速获取相机阵列所获取的图像的位置关系以及公共区域，同时减去后续重复配准的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于合作目标的红外相机阵列的公共区域提取方法，其特征在于：进行以下处理，合作目标的选取，包括设置合作目标采用红外源，且产生红外光的波段处于或覆盖红外相机阵列对应波段的重叠部分；进行合作目标的放置，包括将三个合作目标安装在同一平面，三个合作目标之间在相机阵列拍摄的图像中距离不相等，并确定三者之间间距比例；红外相机阵列同时对三个合作目标进行拍摄采样，获取与红外相机阵列中相机数量相同的图像；对采集的图像通过灰度二值化转换为黑白图，通过形态学腐蚀操作去除成像中形成的干扰噪点，以得到三个合作目标分别对应的白色区域，再通过连通域标记，求取连通域坐标均值得到三个点；通过三个合作目标之间距离不同的关系，获取红外相机阵列拍摄的多张图像中三个点的对应关系，通过不同图像之间三点的对应关系进行仿射变换；对仿射变换处理后的图像按像素进行遍历，将图像重合部分截取出来作为最终公共区域结果。2.根据权利要求1所述的基于合作目标的红外相机阵列的公共区域提取方法，其特征在于：进行合作目标的放置时，将三个红外源安装于同一平面上，排列成一个直角三角形，三者之间间距比例为3:4:5。3.根据权利要求2所述的基于合作目标的红外相机阵列的公共区域提取方法，其特征在于：位于同一平面的红外相机阵列同时对同一平面的三个红外源采样。4.根据权利要求1所述的基于合作目标的红外相...

【专利技术属性】
技术研发人员：李立，胡钽，刘涛，李余隆，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：