[發明專利]基于FPGA的相位相關法圖像配準系統及方法

在審

• 申請號: 201310652379.X
• 申請日: 2013-12-05
• 公開（公告）號: CN103714531A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 顧國華;陸愷立;汪鵬程;廖逸琪;劉琳;錢惟賢;任侃;路東明
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

技術領域

本發明屬于圖像配準技術領域，具體涉及一種基于FPGA的相位相關法圖像配準系統及方法。?

背景技術

圖像配準(Image?registration)就是將不同時間、不同傳感器（成像設備）或不同條件下（天候、照度、攝像位置和角度等）獲取的兩幅或多幅圖像進行匹配、疊加的過程，它已經被廣泛地應用于遙感數據分析、計算機視覺、圖像處理等領域。?

現在常用的圖像配準方法有Harris角點匹配算法、SIFT特征點提取匹配算法以及SURF算法，它們分別通過提取角點、特征點等信息完成圖像的匹配。但是這些圖像配準方法由于算法復雜度較高、運行時間較長，對于實時檢測跟蹤系統來說難以滿足實時性要求。?

文獻一（鄭志彬，葉中付.基于相位相關的圖像配準算法[J].數據采集與處理，2006,21(4):445-449.）提出了關于相位相關圖像配準的一些算法及改進，得到了較好的效果，但是算法運算量大，實時性較差；文獻二（國澄明，李鐵盛等.基于TMS320C6415的圖像匹配處理機的設計和實現[J]，紅外與激光工程，2005，34(4):482-485.）提出了利用TMS320C6415來完成512*512圖像配準的方法，該方法利用FFT相關算法實現的時間為0.02s，該方法雖然用時較短，但是在整個搜索系統中留給圖像匹配的時間較短，在10ms以內，所以這種方法仍不能滿足搜索系統實時性的要求。?

發明內容

本發明解決的技術問題是，提供一種在運動目標檢測中能夠迅速并且精確地進行圖像配準預處理的系統及方法，不但能夠滿足配準的精度要求，同時也要滿足實時性的要求，并且能夠為后續算法留有足夠的時間余量。?

為解決上述技術問題，本發明提出一種基于FPGA的相位相關法圖像配準系統，包括千兆網傳輸模塊、二維FFT模塊、互功率譜計算模塊、二維逆FFT模塊以及極值尋找模塊；千兆網傳輸模塊同時與二維FFT模塊和極值尋找模塊相連相連，二維FFT模塊與互功率譜計算模塊相連，互功率譜計算模塊與二維逆FFT模塊相連，二維逆FFT?模塊與極值尋找模塊相連；千兆網傳輸模塊接收到電腦端發送的圖像數據包后進行解包操作并將數據發送給二維FFT模塊；二維FFT模塊接收到數據后計算獲得圖像的一維行FFT值和一維列FFT值，求得每幅圖像的二維FFT值后發送給互功率譜計算模塊；互功率譜計算模塊接收到數據后計算相鄰兩幅圖像的互功率譜值并將數據發送給二維逆FFT模塊；二維逆FFT模塊接收到數據后計算互功率譜值的一維行逆FFT值和一維列逆FFT的值，求得互功率譜值的二維逆FFT值后將數據發送給極值尋找模；極值尋找模塊接收到數據后在二維逆FFT值中尋找極值點并獲得該極值點的坐標，該極值點的坐標即為相鄰兩幅圖像的相位偏移，然后將相位偏移發送到千兆網傳輸模塊；千兆網傳輸模塊將相位偏移給電腦端便于后端算法匹配。?

為解決上述技術問題，本發明還提出一種基于FPGA的相位相關法圖像配準方法，具體為：電腦端將攝像頭采集到的圖像數據通過千兆網發送到開發板上，千兆網模塊用FPGA芯片將圖像數據的位數進行轉換，校準數據順序，拆分數據包，判斷圖像數據正誤，檢測UDP數據包幀頭，將數據包存儲到第一SRAM存儲芯片后對相鄰兩幅圖像進行乒乓操作，然后從第一SRAM存儲芯片將具有VGA時序的數據發送給二維FFT模塊；二維FFT模塊分別對圖像的每行像素和每列像素進行一維FFT變換，求得每幅圖像的二維FFT值后將前后兩幅圖像的二維FFT值輸出給互功率譜計算模塊；互功率譜計算模塊將前后兩幅圖像的二維FFT值的實部和需部先同時進行乘法運算和求模運算，然后再進行除法運算獲得相鄰兩幅圖像的互功率譜值，擴大互功率譜值的倍數后用定點數表示，然后將數據發送給二維逆FFT模塊；二維逆FFT模塊分別對圖像的每行數據和每列數據進行一維逆FFT變換，求得互功率譜值的二維逆FFT值后，將數據輸出給極值點尋找模塊；極值點尋找模塊對二維逆FFT值的實部進行大小比較，尋找到極值點及其坐標，根據極值點對應的坐標確定相鄰兩幅圖像的相位偏移，然后通過千兆網傳輸模塊將圖像相位偏移值打包后發送至電腦端供后端算法匹配使用。?