[發(fā)明專利]一種光流法的圖像匹配系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410139220.2
• 申請日: 2014-04-08
• 公開（公告）號: CN104978728B
• 公開（公告）日: 2017-11-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 任侃;劉恒建;韓魯;余明;孔筱芳;顧國華;錢惟賢
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/292
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心32203
• 代理人: 唐代盛,孟睿

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于圖像處理的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是目標(biāo)搜索跟蹤系統(tǒng)中一種光流法的圖像匹配系統(tǒng)。

背景技術(shù)

近年來，國內(nèi)外對目標(biāo)搜索跟蹤的研究越來越深，算法也越來越趨于成熟，由于其檢測跟蹤目標(biāo)的特點，在銀行、交通、國防、安保等民用和軍用領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。而圖像匹配作為搜索跟蹤系統(tǒng)中的重要一環(huán)，其匹配的準(zhǔn)確性和實時性都影響著目標(biāo)搜索跟蹤系統(tǒng)的效果。

一般，圖像匹配方法主要是分為基于特征點的匹配和基于圖像內(nèi)擴(kuò)展區(qū)域的匹配。

基于特征的匹配方法能夠有效的提取出圖像中的顯著特征，并且運(yùn)算量相對較小，適合在FPGA上實現(xiàn)?；趫D像內(nèi)擴(kuò)展區(qū)域的匹配是直接對整幅圖像或?qū)膱D像中提取的小塊區(qū)域進(jìn)行匹配，與基于特征的匹配方法相比，基于區(qū)域的匹配方法有很多不足，圖像的任何畸變都會影響圖像內(nèi)物體的形狀和大小，進(jìn)而影響匹配的質(zhì)量。區(qū)域匹配方法通常是基于像素值匹配的，因此還受收到許多其他圖像變化因素的干擾，例如光照變化或者傳感器類型的變化。

圖像匹配的實時性和準(zhǔn)確性都影響著目標(biāo)檢測的實時性和準(zhǔn)確性，楊陳晨,龔振飛等提出了一種相位相關(guān)法的FPGA實現(xiàn)（楊陳晨,顧國華,龔振飛等.相位相關(guān)紅外圖像匹配算法的硬件實現(xiàn)[J].半導(dǎo)體光電,2013,34(5):884-889），該算法實現(xiàn)簡單、資源占用率低，但其受圖像灰度的影響，對圖像旋轉(zhuǎn)及較大幾何變換敏感，因而無法滿足硬件系統(tǒng)的精度要求。Jang W,Oh S等提出了一種基于Harris角點的光流金字塔匹配算法的FPGA實現(xiàn)方法（Jang W,Oh S,Kim G.A hardware implementation of pyramidal KLT feature tracker for driving assistance systems[C]//Intelligent Transportation Systems,2009.ITSC'09.12th International IEEE Conference on.IEEE,2009:1-6），該方法借助多分辨率的光流估計提高了圖像大運(yùn)動的匹配精度，同時基于角點特征大幅度地降低了計算量，但由于光流金字塔的硬件化資源開銷大、實現(xiàn)復(fù)雜，從而導(dǎo)致整個系統(tǒng)的成本過高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種光流法的圖像匹配系統(tǒng)，法優(yōu)化了KLT特征提取算子的判斷條件，并合理地簡化了光流金字塔的實現(xiàn)過程；在滿足硬件系統(tǒng)對精度要求的前提下，大幅度地降低了方法的計算量及資源開銷，同時能夠滿足旋轉(zhuǎn)圖像及較大幾何變換圖像的匹配要求。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種光流法的圖像匹配系統(tǒng)，其特征在于，包括A/D轉(zhuǎn)換模塊、中值濾波模塊、KLT特征點提取模塊、圖像金字塔模塊、光流和特征點坐標(biāo)初始化模塊、SRAM控制模塊、LK光流匹配模塊以及四個SRAM存儲芯片SRAM1、SRAM2、SRAM3、SRAM4；A/D轉(zhuǎn)換模塊、中值濾波模塊、KLT特征點提取模塊、圖像金字塔模塊、光流和特征點坐標(biāo)初始化模塊、SRAM控制模塊、LK光流匹配模塊設(shè)置在FPGA上，A/D轉(zhuǎn)換模塊與中值濾波模塊相連，中值濾波模塊同時與KLT特征點提取模塊和圖像金字塔模塊相連，KLT特征點提取模塊、光流和特征點坐標(biāo)初始化模塊、SRAM控制模塊和LK光流匹配模塊依次相連；SRAM1通過SRAM控制模塊與A/D轉(zhuǎn)換模塊相連；SRAM2和SRAM3通過SRAM控制模塊與圖像金字塔模塊相連；SRAM4通過SRAM控制模塊與SRAM2相連；A/D轉(zhuǎn)換模塊的作用在于利用A/D轉(zhuǎn)換芯片將CCD采集的模擬圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像數(shù)據(jù)；中值濾波模塊的作用在于使用快速中值濾波法對數(shù)字圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪處理；KLT特征點提取模塊的作用在于使用KLT特征點提取原理與閾值的設(shè)定，完成KLT特征點提?。粓D像金字塔模塊的作用在于使用下采樣方法通過SRAM控制模塊完成圖像金字塔模型的建立和存儲；光流和特征點坐標(biāo)初始化模塊的作用在于使用圖像金字塔的層數(shù)信息將光流和特征點進(jìn)行初始化；SRAM控制模塊的作用在于控制四個SRAM存儲芯片的讀寫操作；LK光流匹配模塊的作用在于使用最小化差異函數(shù)完成圖像匹配。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點在于：(1)該方法提出了一種快速的中值濾波的方法，提高了整個算法計算速度；(2)該方法提出了一種新的KLT特征點提取的方法體，節(jié)省了FPGA處理板的板上資源；(3)該方法提出了一種利用模塊復(fù)用實現(xiàn)LK光流匹配的方法；(4)該方法為算法的硬件實現(xiàn)，可保證整個算法的實時性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明系統(tǒng)簡圖。

圖2是本發(fā)明系統(tǒng)詳圖。