專利名稱：一種通過圖像預(yù)處理提高體全息相關(guān)器精度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過圖像預(yù)處理提高體全息相關(guān)器精度的方法，可用于圖像、數(shù)據(jù)頁的相關(guān)運(yùn)算、檢索、匹配等，屬于光學(xué)信息處理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光學(xué)相關(guān)器通常是基于透鏡的傅里葉變換性質(zhì)構(gòu)建的。Vander Lugt光學(xué)相關(guān)器是一種常見的利用4-F透鏡系統(tǒng)(附圖1所示為體全息相關(guān)器的原理圖，透鏡系統(tǒng)見附圖1中的101和103)構(gòu)建的光學(xué)相關(guān)器，這種光學(xué)相關(guān)器可以在輸出面上給出兩幅圖像的互相關(guān)函數(shù)分布，具有高速、高并行的優(yōu)點(diǎn)。但是，這種光學(xué)相關(guān)器本質(zhì)上仍然是單通道的，一次輸入只能完成兩幅圖像之間的相關(guān)運(yùn)算，給出這兩幅圖像的相似度度量。
體全息相關(guān)技術(shù)來源于體全息存儲(chǔ)與光學(xué)相關(guān)器技術(shù)，如附圖1所示，附圖1所示的體全息相關(guān)器由輸入圖像100，傅立葉變換透鏡101，體全息存儲(chǔ)材料102，反傅立葉變換透鏡103，體全息相關(guān)器的輸出面104，和存儲(chǔ)在102中的庫圖像105組成。體全息相關(guān)技術(shù)通過復(fù)用技術(shù)在具有一定厚度的體全息存儲(chǔ)材料102中存儲(chǔ)多幅圖像105的傅里葉變換譜，構(gòu)成一個(gè)多重濾波器，并用此多重濾波器替換了Vander Lugt光學(xué)相關(guān)器中的空間濾波器板，這樣體全息相關(guān)器就可以將輸入的圖像100與存儲(chǔ)在材料中的多幅圖像(庫圖像)同時(shí)進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算(多通道并行相關(guān))。理論分析表明，在體全息相關(guān)器輸出面104上的光場(chǎng)分布為dx0dy0f'(x0,y0)fm*(x0+ξ,y0+η)×]]>g(xc,yc)∝Σm=-MM∫tsinc{t2π[kmz-kdz+πλξ(2x0+ξ)+η(2y0+η)f2]}]]>從上式可以看出，由于材料厚度t的存在，使得輸入圖像與每幅庫圖像的互相關(guān)函數(shù)均受到sinc函數(shù)的調(diào)制，亦即互相關(guān)分布中的“旁瓣”(除坐標(biāo)原點(diǎn)外的所有點(diǎn))受到抑制。也就是說對(duì)每個(gè)單一通道而言，與傳統(tǒng)光學(xué)相關(guān)器相比，輸出的互相關(guān)函數(shù)的相關(guān)峰大大變窄了，這就使得在一定的通道間隔下，輸出面上可以并行無串?dāng)_地輸出各通道的相關(guān)結(jié)果。
旁瓣的存在使得通道間隔受到限制，這極大的影響了體全息相關(guān)器的并行通道數(shù)，也會(huì)影響各通道的輸出精度。通過增加材料厚度、離焦存儲(chǔ)、隨機(jī)位相調(diào)制等方法，可以進(jìn)一步地抑制旁瓣，銳化相關(guān)函數(shù)的相關(guān)峰，從而顯著地提高并行通道密度和輸出精度。當(dāng)旁瓣被壓制得足夠多時(shí)，可以認(rèn)為體全息相關(guān)器的輸出就很好地近似為g(xc,yc)∝Σm=-MM∫dx0dy0f'(x0,y0)fm*(x0,y0)]]>此時(shí)，相關(guān)器的輸出退化為一個(gè)點(diǎn)陣，每個(gè)光點(diǎn)的亮度正比于輸入圖像與庫圖像的內(nèi)積值。由于相關(guān)點(diǎn)之間沒有了旁瓣串?dāng)_，通道間隔可以顯著的減小，并行通道數(shù)大大增加，體全息相關(guān)器就成為了一個(gè)光學(xué)多通道并行內(nèi)積運(yùn)算器。體全息相關(guān)器這種多通道并行相關(guān)的特點(diǎn)使其在多目標(biāo)識(shí)別、光學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫檢索等領(lǐng)域內(nèi)都有廣泛的應(yīng)用。
在體全息相關(guān)(內(nèi)積)器中，兩幅圖像的相關(guān)結(jié)果是通過輸出面上相關(guān)點(diǎn)的亮度來表示的。雖然通過增加材料厚度、離焦存儲(chǔ)、隨機(jī)位相調(diào)制、圖像相減、加入背景光強(qiáng)等方法可以銳化相關(guān)峰、克服空間光調(diào)制器和CCD的對(duì)比度和動(dòng)態(tài)范圍帶來的影響，使相關(guān)點(diǎn)的亮度更接近于兩幅圖像的理論內(nèi)積值，輸出精度得到提高。然而，由于輸入圖案不同造成的互相關(guān)函數(shù)形狀差異及譜面能量分布集中、光束均勻性、光斑缺陷、材料各向異性和內(nèi)在缺陷等問題的存在，使得在實(shí)際使用中，即使采用了上述方法，體全息內(nèi)積器各通道輸出相關(guān)點(diǎn)亮度與理論內(nèi)積值仍然存在較大誤差，主要表現(xiàn)為單個(gè)通道的輸出相關(guān)點(diǎn)亮度不僅僅與理論內(nèi)積值有關(guān)，還與參與運(yùn)算的兩幅圖像本身的具體圖案有關(guān)，使得單通道輸出精度下降，進(jìn)而導(dǎo)致整體多通道精度下降。在實(shí)際使用中大量圖像的圖案在空間灰度分布上都會(huì)呈現(xiàn)一定的規(guī)律性和集中性，這與圖像本身包含的信息是密切相關(guān)的，這就造成與庫圖像理論內(nèi)積值完全相同的兩幅圖像，由于圖案不同(例如一張上是汽車，另一張上是飛機(jī))，輸入到體全息內(nèi)積器中，得到的相關(guān)點(diǎn)的亮度會(huì)有較大的差異。這種特性極大地降低了體全息內(nèi)積器的運(yùn)算精度，限制了其應(yīng)用領(lǐng)域。
另外，特別需要指出的是，目前在通信系統(tǒng)、存儲(chǔ)系統(tǒng)(包括體全息存儲(chǔ)系統(tǒng))中廣泛采用的交錯(cuò)-解交錯(cuò)編碼與本方案在形式上類似，但有本質(zhì)區(qū)別，其區(qū)別在于通信或存儲(chǔ)系統(tǒng)中的交錯(cuò)-解交錯(cuò)編碼主要是為了避免突發(fā)的連續(xù)錯(cuò)誤導(dǎo)致的無法恢復(fù)的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，提高系統(tǒng)的糾錯(cuò)能力。而體全息相關(guān)器本身并不需要恢復(fù)讀出存儲(chǔ)在其中的庫圖像(數(shù)據(jù))，因而也就不需要對(duì)圖像(數(shù)據(jù))進(jìn)行交錯(cuò)-解交錯(cuò)操作，本方案中的交錯(cuò)方法，本質(zhì)上是對(duì)待處理圖像進(jìn)行的一種正交變換，是針對(duì)相關(guān)器輸出結(jié)果受輸入圖像空間灰度分布影響較大的問題提出的，其目的是為了消除圖像空間灰度分布上的差異，進(jìn)而消除其對(duì)相關(guān)器輸出結(jié)果的影響，提高相關(guān)器的輸出精度。另外，本方案中的交錯(cuò)步驟之后并不需要解交錯(cuò)的步驟，這也是與現(xiàn)有交錯(cuò)-解交錯(cuò)編碼的一個(gè)區(qū)別。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)相關(guān)(內(nèi)積)器輸出結(jié)果與參與運(yùn)算的圖像的具體圖案差異有關(guān)的問題，通過對(duì)輸入到相關(guān)器中的圖像(包括用于存儲(chǔ)的庫圖像和實(shí)時(shí)輸入的實(shí)時(shí)圖像)進(jìn)行某種正交變換，從而極大地降低圖案間的差異性，使相關(guān)(內(nèi)積)結(jié)果更接近理論內(nèi)積值，能更精確的反映輸入圖像與庫圖像的相似度，進(jìn)而提高了相關(guān)器的輸出精度。
假設(shè)有M幅實(shí)時(shí)輸入圖像和N幅庫圖像需要用體全息相關(guān)器做相關(guān)運(yùn)算，每幅圖的幅面都是P×Q。在用體全息相關(guān)器做相關(guān)運(yùn)算之前，要對(duì)所有圖像都進(jìn)行交錯(cuò)預(yù)處理，稱交錯(cuò)處理前的實(shí)時(shí)輸入圖像和庫圖像為原始輸入圖像和原始庫圖像。在進(jìn)行交錯(cuò)預(yù)處理之前，首先需要確定交錯(cuò)預(yù)處理的規(guī)則。規(guī)則包括分塊規(guī)則、編號(hào)規(guī)則和重排規(guī)則。確定規(guī)則的原則如下1.分塊規(guī)則分塊是指將原始圖像分為若干塊，以進(jìn)行后續(xù)交錯(cuò)處理。分出的圖像塊稱為子塊。確定子塊的形狀和大小的原則如下a)大小根據(jù)原始圖像的灰度分布確定子塊的大小。子塊越大，原始圖像被分成的子塊數(shù)目越少，交錯(cuò)的運(yùn)算量減?。坏訅K越大，消除交錯(cuò)處理后的圖像的灰度差異性的效果越差。對(duì)體全息相關(guān)器的運(yùn)算精度要求越高，子塊的選擇應(yīng)該盡可能小，最小可以是一個(gè)象素點(diǎn)。若原始圖像的空間灰度分布已經(jīng)比較均勻，子塊可盡量取大；若原始圖像的幅面較大，子塊也可相應(yīng)取大。在一幅原始圖像中，各子塊的大小和形狀可以不相同。
b)形狀子塊大小相同的情況下，選擇任意形狀的結(jié)果相同。但所選的形狀應(yīng)當(dāng)便于交錯(cuò)后拼成原幅面大小的圖像。
2.編號(hào)規(guī)則編號(hào)是指將原始圖像中的子塊編號(hào)。編號(hào)規(guī)則按照方便、習(xí)慣、個(gè)人喜好等原則確定。常見的編號(hào)規(guī)則是從左至右、從上至下，但不限于這種編號(hào)規(guī)則。
3.重排規(guī)則重排規(guī)則包括生成新排列和對(duì)圖像進(jìn)行重排。重排規(guī)則的原則是使按照新順序重排后的各圖像之間的差異性盡可能小。通常若子塊數(shù)目較多，隨機(jī)排列基本上可以滿足要求。子塊數(shù)目較少時(shí)，可人為確定重排規(guī)則使交錯(cuò)處理后圖像滿足上述要求。
對(duì)圖像進(jìn)行交錯(cuò)預(yù)處理工作流程如下所述，附圖2為交錯(cuò)預(yù)處理在體全息相關(guān)器上的應(yīng)用流程圖，交錯(cuò)預(yù)處理的詳細(xì)工作流程請(qǐng)參閱附圖2。
1.依上述原則選定一種交錯(cuò)處理規(guī)則，包括分塊規(guī)則、編號(hào)規(guī)則和重排規(guī)則。
2.按照第1步中確定的分塊規(guī)則，將每幅幅面為P×Q的圖像都分成J塊。
3.按照第1步中確定的編號(hào)規(guī)則，對(duì)每幅庫圖像的J個(gè)子塊進(jìn)行編號(hào)，形成一個(gè)1～J的排列。
4.按照第1步中確定的重排規(guī)則，首先生成一個(gè)1～J的新排列，所述排列具有a(1)，a(2)，...，a(J)的形式；然后對(duì)每幅庫圖像的J個(gè)子塊進(jìn)行重新排列，重新排列的規(guī)則是將編號(hào)為a(1)的子塊放置在編號(hào)為1的子塊的位置上，將編號(hào)為a(2)的子塊放置在編號(hào)為2的子塊的位置上，依此類推，將編號(hào)為a(n)的子塊放置在編號(hào)為n的子塊的位置上。確定每個(gè)子塊的形狀或旋轉(zhuǎn)角的調(diào)整規(guī)則以便重排后的各子塊能重新拼成一幅圖像。最終重排組合成N幅新的庫圖像。
5.將N幅交錯(cuò)后的庫圖像存入相關(guān)器。經(jīng)過5～8步完成了相關(guān)器的制備。
6.獲取一幅實(shí)時(shí)輸入圖像。
7.按照第1步中確定的分塊規(guī)則，對(duì)實(shí)時(shí)圖進(jìn)行分塊操作。分塊操作的具體步驟與第2步所述相同。
8.按照第1步中確定的編號(hào)規(guī)則，對(duì)實(shí)時(shí)圖的J個(gè)子塊進(jìn)行編號(hào)。編號(hào)的具體步驟與第3步所述相同。
9.按照第1步中確定重排規(guī)則，對(duì)實(shí)時(shí)圖的J個(gè)子塊進(jìn)行重新排列，組合成1幅新的實(shí)時(shí)輸入圖像。重排的具體步驟與第4步所述相同。
10.將第9步中生成的新圖送入相關(guān)器。
11.讀取相關(guān)結(jié)果。
12.重復(fù)上述6～11步，獲得下一幅實(shí)時(shí)輸入圖像與各庫圖像的相關(guān)結(jié)果，直至不再有新的實(shí)時(shí)圖輸入。
根據(jù)上述1～12步在體全息相關(guān)器中進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，其結(jié)果的精度較無交錯(cuò)時(shí)普通體全息相關(guān)器可有明顯提高。
通過選取合適的分塊規(guī)則、編號(hào)規(guī)則和排列規(guī)則，經(jīng)過交錯(cuò)后，圖像從整體上看會(huì)變得更加均勻，可以從很大程度上降低原有圖像之間空間灰度分布上的不均勻性或圖案上的差異性。因而將交錯(cuò)后的圖像送入體全息相關(guān)(內(nèi)積)器中進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算時(shí)，可以有效地避免由圖像空間灰度分布不均勻?qū)w全息相關(guān)器的輸出帶來的不利影響，使相關(guān)器的輸出結(jié)果僅取決于圖像的內(nèi)積值，因而可以大大提高體全息相關(guān)器單通道和多通道的輸出精度。
通過實(shí)驗(yàn)比較原圖和交錯(cuò)圖的相關(guān)運(yùn)算結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)交錯(cuò)圖的輸出結(jié)果與理論內(nèi)積值更接近，交錯(cuò)預(yù)處理可以提高體全息相關(guān)器的輸出精度。
附圖1 為體全息相關(guān)器的原理圖。
附圖2 為交錯(cuò)預(yù)處理在體全息相關(guān)器上的應(yīng)用流程圖。
附圖3 為實(shí)施例1原圖像。
附圖4 為實(shí)施例1分塊和編號(hào)規(guī)則說明。
附圖5 為實(shí)施例1子塊重排規(guī)則說明。
附圖6 為實(shí)施例1子塊重排后的結(jié)果。
附圖7 為實(shí)施例1交錯(cuò)預(yù)處理后的庫圖像附圖8 為實(shí)施例1交錯(cuò)預(yù)處理后的實(shí)時(shí)輸入圖像。
附圖9 為實(shí)施例2原圖像。
附圖10 為實(shí)施例2分塊和編號(hào)規(guī)則說明。
附圖11 為實(shí)施例2子塊重排規(guī)則說明。
附圖12 為實(shí)施例2子塊重排后的結(jié)果。
附圖13 為實(shí)施例2交錯(cuò)預(yù)處理后的庫圖像附圖14 為實(shí)施例2交錯(cuò)預(yù)處理后的實(shí)時(shí)輸入圖像。
其中，100為輸入圖像。
101 為傅里葉變換透鏡。
102 為體全息存儲(chǔ)材料。
103 為反傅里葉變換透鏡104 為體全息相關(guān)器的輸出面。
105 為存儲(chǔ)在102中的庫圖像。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合兩個(gè)具體實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施過程做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
具體實(shí)施例一本實(shí)施例是一個(gè)對(duì)應(yīng)用在體全息相關(guān)器上的庫圖像和輸入圖像進(jìn)行交錯(cuò)預(yù)處理的實(shí)例。附圖3為實(shí)施例1原圖像，附圖3中每幅圖像的分辨率為640×480，將第7幅圖像作為庫圖像存入體全息相關(guān)器中，將第1～13幅圖像作為實(shí)時(shí)輸入圖像依次輸入體全息相關(guān)器，獲得第1～13幅圖像與庫圖像的內(nèi)積運(yùn)算結(jié)果。本實(shí)施例要求較高的體全息相關(guān)器的運(yùn)算精度。
本實(shí)施例中，由于對(duì)體全息相關(guān)器的運(yùn)算精度要求較高，故選擇最小的子塊——一個(gè)象素點(diǎn)；編號(hào)規(guī)則按習(xí)慣選擇從左至右、從上至下的規(guī)則；由于原始圖像被分作較多的子塊，采用隨機(jī)的重排規(guī)則。
本實(shí)施例操作流程如下1.選定一種交錯(cuò)處理規(guī)則，包括分塊規(guī)則、編號(hào)規(guī)則和重排規(guī)則。
2.按照第1步中確定的分塊規(guī)則，對(duì)第7幅圖像按照象素點(diǎn)進(jìn)行分塊。每個(gè)像素點(diǎn)為一個(gè)子塊，被分為640×480＝307200塊。附圖4為實(shí)施例1分塊和編號(hào)規(guī)則的說明，本實(shí)施例的分塊和編號(hào)規(guī)則請(qǐng)參閱附圖4。
3.按照第1步中確定的編號(hào)規(guī)則，對(duì)第7幅圖像的307200個(gè)子塊進(jìn)行編號(hào)按照從左至右、從上至下的順序，將各子塊編號(hào)為從1到307200的順序排列。
4.按照第1步中確定的重排規(guī)則，首先隨機(jī)生成一個(gè)1～307200的新排列。附圖5為實(shí)施例1子塊重排規(guī)則說明，新排列的形式請(qǐng)參閱附圖5中第二行。然后如發(fā)明內(nèi)容中第4步所述，對(duì)第7幅圖像的307200個(gè)子塊(像素點(diǎn))進(jìn)行重新排列，生成1幅新的庫圖像。附圖6為實(shí)施例1子塊重排后的結(jié)果，重新排列后的子塊請(qǐng)參閱附圖6。附圖7為實(shí)施例1交錯(cuò)預(yù)處理后的庫圖像，參見附圖7。
5.將經(jīng)交錯(cuò)預(yù)處理后的庫圖像存入相關(guān)器。
6.獲取一幅實(shí)時(shí)輸入圖像。
7.按照第1步中確定的分塊規(guī)則，對(duì)實(shí)時(shí)圖進(jìn)行分塊操作。分塊操作的具體步驟與第2步所述相同。
8.按照第1步中確定的編號(hào)規(guī)則，對(duì)實(shí)時(shí)圖的307200個(gè)子塊進(jìn)行編號(hào)。編號(hào)的具體步驟與第3步所述相同。
9.按照第1步中確定重排規(guī)則，對(duì)實(shí)時(shí)圖的307200個(gè)子塊進(jìn)行重新排列，組合成1幅新的實(shí)時(shí)輸入圖像。附圖8為實(shí)施例1交錯(cuò)預(yù)處理后的實(shí)時(shí)輸入圖像，新的實(shí)時(shí)輸入圖像請(qǐng)參閱附圖8。重排的具體步驟如第4步所述相同。
10.將第9步中生成的新圖送入相關(guān)器。
11.讀取相關(guān)結(jié)果。
12.重復(fù)上述6～11步，獲得下一幅實(shí)時(shí)輸入圖像與庫圖像的相關(guān)結(jié)果，共重復(fù)13次。
經(jīng)過上述1～12步，先后共得到13個(gè)經(jīng)交錯(cuò)預(yù)處理后輸出的相關(guān)點(diǎn)，為了對(duì)比，再做一組不經(jīng)交錯(cuò)預(yù)處理的相關(guān)運(yùn)算，得到13個(gè)原圖的相關(guān)點(diǎn)?？紤]到系統(tǒng)噪聲和器件非線性性的影響，將兩組相關(guān)點(diǎn)中的第1～7個(gè)相關(guān)點(diǎn)作為標(biāo)定點(diǎn)，求出它們的實(shí)測(cè)亮度與理論內(nèi)積值的偏差，得到2條補(bǔ)償曲線，曲線的橫軸是這7個(gè)標(biāo)定點(diǎn)的實(shí)測(cè)亮度，縱軸是它們與理論內(nèi)積值的偏差，標(biāo)定點(diǎn)之間做線性插值。分別用補(bǔ)償曲線校正本組的第8～13點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果。將經(jīng)補(bǔ)償校正后的結(jié)果作為體全息相關(guān)器的最終運(yùn)算結(jié)果。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)對(duì)比交錯(cuò)圖和原圖的輸出結(jié)果，發(fā)現(xiàn)采用交錯(cuò)預(yù)處理后，相關(guān)器的輸出結(jié)果與理論內(nèi)積值的偏差的平方和比未用交錯(cuò)預(yù)處理時(shí)減小了80％以上。
具體實(shí)施例二本實(shí)施例與實(shí)施例一相比，對(duì)圖像進(jìn)行交錯(cuò)預(yù)處理的交錯(cuò)規(guī)則不同。附圖9為實(shí)施例2原圖像，附圖9中每幅圖像的分辨率為640×480，將第9幅圖像作為庫圖像存入體全息相關(guān)器中，將第1～17幅圖像作為實(shí)時(shí)輸入圖像依次輸入體全息相關(guān)器，獲得第1～17幅圖像與庫圖像的內(nèi)積運(yùn)算結(jié)果。本實(shí)施例對(duì)運(yùn)算精度的要求稍低。
本實(shí)施例中，由于對(duì)體全息相關(guān)器的運(yùn)算精度要求稍低，故選擇較大的子塊每個(gè)子塊的面積是4×3象素的矩形的面積的一半，形狀為正立或倒立的等腰直角三角形；編號(hào)規(guī)則仍按習(xí)慣選擇從左至右、從上至下的規(guī)則；由于原始圖像被分作較多的子塊，采用隨機(jī)的重排規(guī)則。
本實(shí)施例操作流程如下1.選定一種交錯(cuò)處理規(guī)則，包括分塊規(guī)則、編號(hào)規(guī)則和重排規(guī)則。
2.按照第1步中確定的分塊規(guī)則，對(duì)第9幅圖像進(jìn)行分塊操作。首先將640×480的幅面均分為160×160個(gè)大小為4×3像素的矩形，然后將每個(gè)小矩形按同樣的方式均分為兩個(gè)等腰直角三角形，稱每個(gè)小矩形中上面的那個(gè)三角形為上三角，下面的那個(gè)三角形為下三角。圖像被分為160×160×2＝51200個(gè)子塊。附圖10為實(shí)施例2分塊和編號(hào)規(guī)則的說明，本實(shí)施例的分塊和編號(hào)規(guī)則請(qǐng)參閱附圖10。
3.按照第1步中確定的編號(hào)規(guī)則，對(duì)第9幅圖像的51200個(gè)子塊進(jìn)行編號(hào)按照從左至右、從上至下的順序，將所有三角形編號(hào)為從1到51200的順序排列。每個(gè)小矩形中的下三角編號(hào)比上三角編號(hào)大1。編號(hào)結(jié)果請(qǐng)參閱附圖10。
4.按照第1步中確定的重排規(guī)則，首先隨機(jī)生成一個(gè)1～51200的新排列。附圖11為實(shí)施例2子塊重排規(guī)則說明，新排列的形式請(qǐng)參閱附圖11中的第二行。然后如發(fā)明內(nèi)容中第4步所述，對(duì)第9幅圖像的51200個(gè)子塊進(jìn)行重新排列。對(duì)于將上三角調(diào)整到下三角的位置或者將下三角調(diào)整到上三角的位置的情況，需要將被調(diào)整的三角形旋轉(zhuǎn)180度。附圖12為實(shí)施例2子塊重排后的結(jié)果，重排結(jié)果請(qǐng)參閱附圖12。附圖13為實(shí)施例2交錯(cuò)預(yù)處理后的庫圖像，經(jīng)交錯(cuò)預(yù)處理后的庫圖像參見附圖13。
5.將經(jīng)交錯(cuò)預(yù)處理后的庫圖像存入相關(guān)器。
6.獲取一幅實(shí)時(shí)輸入圖像7.按照第1步中確定的分塊規(guī)則，對(duì)實(shí)時(shí)圖進(jìn)行分塊操作。分塊操作的具體步驟與第2步所述相同。
8.按照第1步中確定的編號(hào)規(guī)則，對(duì)實(shí)時(shí)圖的51200個(gè)子塊進(jìn)行編號(hào)。編號(hào)的具體步驟與第3步所述相同。
9.按照第1步中確定重排規(guī)則，對(duì)實(shí)時(shí)圖的51200個(gè)子塊進(jìn)行重新排列，組合成1幅新的實(shí)時(shí)輸入圖像。附圖14為實(shí)施例2交錯(cuò)預(yù)處理后的實(shí)時(shí)輸入圖像，新的實(shí)時(shí)輸入圖像請(qǐng)參閱附圖14。重排的具體步驟與第4步所述相同。
10.將第9步中生成的新圖送入相關(guān)器。
11.讀取相關(guān)結(jié)果。
12.重復(fù)上述6～11步，獲得下一幅實(shí)時(shí)輸入圖像與庫圖像的相關(guān)結(jié)果，共重復(fù)17次。
與實(shí)施例1相似，可以得到17個(gè)經(jīng)過交錯(cuò)預(yù)處理的相關(guān)點(diǎn)和17個(gè)未經(jīng)交錯(cuò)預(yù)處理的相關(guān)點(diǎn)，分別取這兩組相關(guān)點(diǎn)中的第1～9個(gè)相關(guān)點(diǎn)作為標(biāo)定點(diǎn)，校正本組的第10～17個(gè)相關(guān)點(diǎn)。將補(bǔ)償校正后的結(jié)果作為體全息相關(guān)器的最終運(yùn)算結(jié)果。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)對(duì)比交錯(cuò)圖和原圖的輸出結(jié)果，發(fā)現(xiàn)采用交錯(cuò)預(yù)處理后，相關(guān)器的輸出結(jié)果與理論內(nèi)積值的偏差的平方和比未用交錯(cuò)預(yù)處理時(shí)減小了70％以上。
雖然本發(fā)明給出了兩個(gè)實(shí)施例，但并非用以限定本發(fā)明。本領(lǐng)域任何相關(guān)技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，都可得到近似的結(jié)果。本發(fā)明的保護(hù)范圍以所提出的權(quán)利要求限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種通過圖像預(yù)處理提高體全息相關(guān)器精度的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)按下述原則選定一種交錯(cuò)處理規(guī)則，交錯(cuò)處理規(guī)則包括分塊規(guī)則、編號(hào)規(guī)則和重排規(guī)則；確定規(guī)則的原則如下1)所述分塊規(guī)則a)大小根據(jù)原始圖像的灰度分布確定子塊的大?。蛔訅K越大，原始圖像被分成的子塊數(shù)目越少，交錯(cuò)的運(yùn)算量減小；但子塊越大，消除交錯(cuò)處理后的圖像的灰度差異性的效果越差；對(duì)體全息相關(guān)器的運(yùn)算精度要求越高，子塊的選擇應(yīng)該盡可能小，最小可以是一個(gè)象素點(diǎn)；若原始圖像的空間灰度分布已經(jīng)比較均勻，子塊盡量取大；若原始圖像的幅面較大，子塊也相應(yīng)取大；b)形狀所選的形狀應(yīng)當(dāng)便于交錯(cuò)后拼成原幅面大小的圖像；2)所述編號(hào)規(guī)則編號(hào)是指將原始圖像中的子塊編號(hào)；3)所述重排規(guī)則重排規(guī)則的原則是使按照新順序重排后的各圖像之間的差異性盡可能小；通常若子塊數(shù)目較多，隨機(jī)排列基本可以滿足要求；子塊數(shù)目較少時(shí)，則人為確定重排規(guī)則使交錯(cuò)處理后圖像滿足上述要求；(2)按照第1步中確定的分塊規(guī)則，將每幅幅面為P×Q的圖像都分成J塊；(3)按照第1步中確定的編號(hào)規(guī)則，對(duì)每幅庫圖像的J個(gè)子塊進(jìn)行編號(hào)，形成一個(gè)1～J的排列；(4)按照第1步中確定的重排規(guī)則，首先生成一個(gè)1～J的新排列，所述排列具有a(1)，a(2)，…，a(J)的形式；然后對(duì)每幅庫圖像的J個(gè)子塊進(jìn)行重新排列，重新排列的規(guī)則是將編號(hào)為a(1)的子塊放置在編號(hào)為1的子塊的位置上，將編號(hào)為a(2)的子塊放置在編號(hào)為2的子塊的位置上，依此類推，將編號(hào)為a(n)的子塊放置在編號(hào)為n的子塊的位置上；確定每個(gè)子塊的形狀或旋轉(zhuǎn)角的調(diào)整規(guī)則以便重排后的各子塊能重新拼成一幅圖像；最終重排組合成N幅新的庫圖像；(5)將步驟(4)N幅交錯(cuò)后的庫圖像存入相關(guān)器；(6)獲取一幅實(shí)時(shí)輸入圖像；(7)按照第1步中確定的分塊規(guī)則，將步驟(6)所述獲得的實(shí)時(shí)輸入圖像分成J塊；分塊操作同步驟(2)中所述；(8)按照步驟(1)中確定的編號(hào)規(guī)則，對(duì)實(shí)時(shí)圖的J個(gè)子塊進(jìn)行編號(hào)；編號(hào)操作同步驟(3)中所述；(9)按照第1步中確定重排規(guī)則，對(duì)實(shí)時(shí)圖的J個(gè)子塊進(jìn)行重新排列，組合成1幅新的實(shí)時(shí)輸入圖像；重排步驟同步驟(4)中所述；(10)將步驟(9)中生成的新圖送入相關(guān)器；(11)讀取相關(guān)結(jié)果；(12)重復(fù)上述步驟(6)～(11)，獲得下一幅實(shí)時(shí)輸入圖像與各庫圖像的相關(guān)結(jié)果，直至不再有新的實(shí)時(shí)圖輸入；根據(jù)上述步驟(1)～(12)即完成通過圖像預(yù)處理提高體全息相關(guān)器精度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過圖像預(yù)處理提高體全息相關(guān)器精度的方法，其特征在于，所述編號(hào)規(guī)則為從左至右，從上至下。
全文摘要
一種通過圖像預(yù)處理提高體全息相關(guān)器精度的方法，屬于光學(xué)信息處理領(lǐng)域。選定一種交錯(cuò)處理分塊規(guī)則、編號(hào)規(guī)則和重排規(guī)則；按照確定的分塊規(guī)則將每幅幅面為P×Q的圖像都分成J塊；按照編號(hào)規(guī)則對(duì)每幅庫圖像的J個(gè)子塊進(jìn)行編號(hào)；按照重排規(guī)則將編號(hào)為a(n)的子塊放置在編號(hào)為n的子塊的位置上，最終重排組合成N幅新的庫圖像；存入相關(guān)器；獲取一幅實(shí)時(shí)輸入圖像；分塊、編號(hào)、重排，送入相關(guān)器；讀取結(jié)果；重復(fù)步驟(6)～(11)，獲得下一幅實(shí)時(shí)輸入圖像與各庫圖像的相關(guān)結(jié)果，直至不再有新的實(shí)時(shí)圖輸入；即完成通過圖像預(yù)處理提高體全息相關(guān)器精度。通過實(shí)驗(yàn)比較原圖和交錯(cuò)圖的相關(guān)運(yùn)算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)本發(fā)明可以提高體全息相關(guān)器的輸出精度。
文檔編號(hào)G03H1/26GK101013577SQ200710063509
公開日2007年8月8日 申請(qǐng)日期2007年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月2日
發(fā)明者曹良才, 倪凱, 瞿宗耀, 蘇萍, 譚峭峰, 何慶聲, 金國藩 申請(qǐng)人:清華大學(xué)