[发明专利]基于FPGA的相位相关法图像配准系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于图像配准技术领域，具体涉及一种基于FPGA的相位相关法图像配准系统及方法。 

背景技术

图像配准(Image registration)就是将不同时间、不同传感器（成像设备）或不同条件下（天候、照度、摄像位置和角度等）获取的两幅或多幅图像进行匹配、叠加的过程，它已经被广泛地应用于遥感数据分析、计算机视觉、图像处理等领域。 

现在常用的图像配准方法有Harris角点匹配算法、SIFT特征点提取匹配算法以及SURF算法，它们分别通过提取角点、特征点等信息完成图像的匹配。但是这些图像配准方法由于算法复杂度较高、运行时间较长，对于实时检测跟踪系统来说难以满足实时性要求。 

文献一（郑志彬，叶中付.基于相位相关的图像配准算法[J].数据采集与处理，2006,21(4):445-449.）提出了关于相位相关图像配准的一些算法及改进，得到了较好的效果，但是算法运算量大，实时性较差；文献二（国澄明，李铁盛等.基于TMS320C6415的图像匹配处理机的设计和实现[J]，红外与激光工程，2005，34(4):482-485.）提出了利用TMS320C6415来完成512*512图像配准的方法，该方法利用FFT相关算法实现的时间为0.02s，该方法虽然用时较短，但是在整个搜索系统中留给图像匹配的时间较短，在10ms以内，所以这种方法仍不能满足搜索系统实时性的要求。 

发明内容

本发明解决的技术问题是，提供一种在运动目标检测中能够迅速并且精确地进行图像配准预处理的系统及方法，不但能够满足配准的精度要求，同时也要满足实时性的要求，并且能够为后续算法留有足够的时间余量。 

为解决上述技术问题，本发明提出一种基于FPGA的相位相关法图像配准系统，包括千兆网传输模块、二维FFT模块、互功率谱计算模块、二维逆FFT模块以及极值寻找模块；千兆网传输模块同时与二维FFT模块和极值寻找模块相连相连，二维FFT模块与互功率谱计算模块相连，互功率谱计算模块与二维逆FFT模块相连，二维逆FFT 模块与极值寻找模块相连；千兆网传输模块接收到电脑端发送的图像数据包后进行解包操作并将数据发送给二维FFT模块；二维FFT模块接收到数据后计算获得图像的一维行FFT值和一维列FFT值，求得每幅图像的二维FFT值后发送给互功率谱计算模块；互功率谱计算模块接收到数据后计算相邻两幅图像的互功率谱值并将数据发送给二维逆FFT模块；二维逆FFT模块接收到数据后计算互功率谱值的一维行逆FFT值和一维列逆FFT的值，求得互功率谱值的二维逆FFT值后将数据发送给极值寻找模；极值寻找模块接收到数据后在二维逆FFT值中寻找极值点并获得该极值点的坐标，该极值点的坐标即为相邻两幅图像的相位偏移，然后将相位偏移发送到千兆网传输模块；千兆网传输模块将相位偏移给电脑端便于后端算法匹配。 

为解决上述技术问题，本发明还提出一种基于FPGA的相位相关法图像配准方法，具体为：电脑端将摄像头采集到的图像数据通过千兆网发送到开发板上，千兆网模块用FPGA芯片将图像数据的位数进行转换，校准数据顺序，拆分数据包，判断图像数据正误，检测UDP数据包帧头，将数据包存储到第一SRAM存储芯片后对相邻两幅图像进行乒乓操作，然后从第一SRAM存储芯片将具有VGA时序的数据发送给二维FFT模块；二维FFT模块分别对图像的每行像素和每列像素进行一维FFT变换，求得每幅图像的二维FFT值后将前后两幅图像的二维FFT值输出给互功率谱计算模块；互功率谱计算模块将前后两幅图像的二维FFT值的实部和需部先同时进行乘法运算和求模运算，然后再进行除法运算获得相邻两幅图像的互功率谱值，扩大互功率谱值的倍数后用定点数表示，然后将数据发送给二维逆FFT模块；二维逆FFT模块分别对图像的每行数据和每列数据进行一维逆FFT变换，求得互功率谱值的二维逆FFT值后，将数据输出给极值点寻找模块；极值点寻找模块对二维逆FFT值的实部进行大小比较，寻找到极值点及其坐标，根据极值点对应的坐标确定相邻两幅图像的相位偏移，然后通过千兆网传输模块将图像相位偏移值打包后发送至电脑端供后端算法匹配使用。