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红外图像匹配技术研究

作　者: 王思睿
导　师: 杨春玲
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电气工程
关键词: 图像匹配互相关 NMI特征 DSP
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

在现代高科技战争中,作战形式主要是依靠精确制导武器实施远程打击,以最小的代价换取最大的战争成果,从而达到战争的目的。红外成像制导是精确制导技术中重要的一种,红外图像匹配技术又是红外成像制导的关键技术之一,一直是人们研究的热点和难点。所谓图像匹配就是在变换空间中寻找一种或多种变换,使来自不同时间、不同传感器和不同视角下的同一场景的两幅或多幅图像在空间上进行对准。近来由于巡航导弹的广泛应用,为提高巡航导弹的末制导精度,国外已大量采用景象匹配技术,因此快速图像匹配技术是很值得研究的问题。本文对红外图像匹配的各项匹配技术进行分析比较,提出了改进方案。首先,针对现有算法太过复杂或计算量庞大的问题,提出基于金字塔搜索思想的分层搜索快速匹配方法,在不同分辨率的图像中采用不同的相似性度量方法。经与去均值的相关匹配算法性能比较,该方法抗干扰及防畸变性能良好,并对光照变化和轻度旋转有一定的鲁棒性且实时性良好。其次,为改善图像噪声和局部遮挡问题,提出一种基于对应像素距离相似性测度的匹配算法。并对其匹配跟踪性能进行分析,分别在无噪声、加噪声和局部遮挡三种情况下,与最小误差测度(AD)进行对比实验分析。然后,针对图像存在一定的灰度及几何畸变的情况,提出应用图像的归一化转动惯量进行匹配,经实验验证它具有抗灰度畸变特性并且对几何畸变(如平移、旋转、缩放)有较好的保持不变性,且匹配正确率高,相对于不变矩来说计算量小、速度快。最后,有效地将本课题研究内容与DSP硬件处理平台相结合,充分发挥DSP芯片的工作性能,利用硬件优势实现图像的快速匹配。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-16
  1.1 课题背景及意义  10-11
  1.2 国内外研究现状及分析  11-14
  1.3 本文的主要研究内容  14-16
第2章图像的匹配算法  16-28
  2.1 图像匹配基础  16-17
  2.2 图像匹配性能  17-18
    2.2.1 图像匹配性能的描述  17
    2.2.2 影响匹配性能的误差因数  17-18
  2.3 基于图像灰度的图像匹配  18-23
    2.3.1 互相关匹配方法  19-20
    2.3.2 投影匹配算法  20-22
    2.3.3 图像矩匹配方法  22
    2.3.4 图像的直方图统计匹配技术  22-23
  2.4 基于图像特征的匹配  23-26
    2.4.1 算法步骤与特点  23-24
    2.4.2 图像预处理  24-25
    2.4.3 特征选择  25-26
  2.5 用于匹配研究的图像及统计特性  26-27
  2.6 本章小结  27-28
第3章基于图像灰度的快速匹配  28-50
  3.1 基于相似性测度的红外图像匹配算法  28-37
    3.1.1 基于灰度的相似性测度方法  28-31
    3.1.2 算法改进与分析  31-34
    3.1.3 改进的快速算法  34-37
  3.2 去均值的相关匹配算法  37-44
    3.2.1 去均值相关匹配跟踪算法  37-38
    3.2.2 实验仿真结果比较分析  38-44
  3.3 基于对应像素距离测度的图像匹配跟踪算法  44-48
  3.4 本章小结  48-50
第4章基于NMI特征的图像匹配  50-59
  4.1 NMI特征  50-54
    4.1.1 不变性分析  51-52
    4.1.2 NMI特征提取实验  52-54
  4.2 特征的提取方法  54-55
    4.2.1 Sobel边缘检测算子  54-55
    4.2.2 相似性测度选择  55
  4.3 基于NMI特征的匹配算法  55-58
    4.3.1 算法实现过程  55-56
    4.3.2 实验结果与分析  56-58
  4.4 本章小结  58-59
第5章基于灰度的图像匹配算法的DSP实现  59-70
  5.1 DSP综述  59-60
    5.1.1 TMS320DM642 芯片介绍  59-60
    5.1.2 DM642 的性能分析  60
  5.2 DSP系统结构  60-65
    5.2.1 ICETEK-DM642-B评估板功能介绍  61
    5.2.2 系统软件开发平台及仿真  61-64
    5.2.3 软件编程注意事项  64-65
  5.3 基于分层搜索的快速匹配算法的DSP实现  65-68
    5.3.1 基于FFT的相关处理部分的方案设计  65-67
    5.3.2 基于分层搜索的快速匹配算法的具体实现  67-68
  5.4 实验结果  68-69
    5.4.1 实验结果分析  68-69
    5.4.2 源代码优化  69
  5.5 本章小结  69-70
结论  70-71
参考文献  71-75
附录  75-76
攻读学位期间发表的学术论文  76-78
致谢  78

红外图像匹配技术研究

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