【CN109872269A】一种基于鱼眼图像校正的康普顿相机图像融合方法【专利】
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8 .如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述康普顿散射重建算法包括但不限于反投 影算法、滤波反投影算法、极大似然期望最大化法。
9 .如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述γ源重建图像是以单位球坐标系的经纬
坐标
表示的 ，其坐标范围为θ∈(0 ，π) ，
2
CN 109872269 A
说 明 书
1/4 页
一种基于鱼眼图像校正的康普顿相机图像融合方法
技术领域 [0001] 本发明属于核辐射探测及核技术应用领域，特别是涉及一种基于鱼眼图像校正的 康普顿相机图像融合方法。
背景技术 [0002] 在核辐射探测领域，对环境中存在的γ辐射热点进行定位和成像的伽玛成像技 术，广泛应用于天文观测、核工业、核应急、核安保以及国防等领域。伽玛成像技术通常将重 建出的 γ 辐射热点以 二维 伪彩色图 像给出 ，并 与环境的 光学图 像 相融合 ，显示出γ 辐射热 点在环境中的分布情况。康普顿散射成像是伽玛成像技术中的一种，基于入射γ光子的康 普顿散射原理，通过测量散射点、吸收点的位置以及所沉积的能量，回溯重建出γ光子来源 的 方向。利 用康普顿散射成像的 原理 ，对γ辐射热点进行远距离成像的 装置通常称为康普 顿相机。 [0003] 由于康普顿相机采用康普顿散射的工作原理，不需要使用准直器对入射γ光子进 行阻挡，因此视野范围能够达到2π甚至4π。基于每个散射事例，康普顿散射重建会形成一个 包含γ光子入射方向的圆 锥面 ；多个散射事 例对应的圆 锥面 相交叠 ，形成的交叠最密集区 域即为γ辐射热点所在的方位。根据上述康普顿散射成像的 原理 ，γ源重建图 像所在的空 间坐标系为球坐标系。为了将γ源重建图像显示在二维平面上，通常采用单位球坐标系，以 纵轴为极角θ，横轴为方位角 的经纬坐标表示重建的γ辐射热点方位(θ， ) ，其坐标范围
的经纬坐标的映射关系； b) 依据该映 射关 系 ，将鱼眼畸 变图 像上的 坐标值填入到单位球坐标 系的 经 纬坐标 ，完
成鱼眼图像校正； c)依据鱼眼镜头成像模型，将单位球坐标系的经纬坐标范围扩展，得到鱼眼校正图像。 3 .如权利要求2所述的方法，其特征在于，建立所述映射关系的方法为：首先依据鱼眼
代理பைடு நூலகம் 司立彬
(51)Int .Cl . G06T 3/00(2006 .01) G06T 5/00(2006 .01) H04N 5/232(2006 .01)
(10)申请公布号 CN 109872269 A (43)申请公布日 2019.06.11
( 54 )发明 名称 一种基于鱼眼图像校正的康普顿相机图像
镜头成像模型确定鱼眼镜头焦距f、鱼眼畸变图像有效区域半径R、入射光线与镜头光轴的 夹 角θλ三者之间的 关 系 ；然后根据该关 系和坐标 系间的 转换方法 ，建立鱼眼畸 变图 像上坐 标(u，v)与单位球坐标系的经纬坐标(λ，ψ)的映射关系F：(u，v)→(λ，ψ)。
4 .如权利要求2所述的方法，其特征在于，将单位球坐标系的经纬坐标范围扩展的方法 为：依据鱼眼镜头成像模型，将单位球坐标系的经纬坐标(λ，ψ)的坐标范围扩展至(P(λ) ，P (ψ))，得到鱼眼校正图像；其中，根据鱼眼镜头模型确定扩展关系P( )。
( 19 )中华人民 共和国国家知识产权局
( 12 )发明专利申请
(21)申请号 201910015118 .4
(22)申请日 2019 .01 .08
(71)申请人 中国科学院高能物理研究所 地址 100049 北京市石景山区玉泉路19号 乙
(72)发明人 张济鹏 李春苗 帅磊 章志明 魏龙
(74)专利代理机构 北京君尚知识产权代理事务 所(普通合伙) 11200
融合方法 ( 57 )摘要
本发明公开了一种基于鱼眼图像校正的康 普顿相机图像融合方法，其步骤包括：1 )将鱼眼 镜头放置于康普顿相机探测器前方使两者成像 原点重合；2 )通过鱼眼镜头获取鱼眼畸变图像； 依据康普顿散射成像重建算法对康普顿相机探 测器获取的数据进行处理 ，得到以单位球坐标系 的经纬坐标表示的γ源重建图像 ；3 )对鱼眼畸变 图像进行校正 ；4 )调整γ源重建图像的经纬坐标 ( θ， )的坐标范围 ，使之与鱼眼校正图像的坐 标范围保持一致 ；5 )将调整后的γ源重建图像叠 加到所述鱼眼校正图像上，完成康普顿相机的图 像融合。本发明能 够实现快速准 确的图 像融合 ， 适用于通过鱼眼镜头获取光学图像的康普顿相 机设备 ，能够优化康普顿相机的γ热点显示效 果。
权利要求书1页 说明书4页 附图2页
CN 109872269 A
CN 109872269 A
权 利 要 求 书
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1 .一种基于鱼眼图像校正的康普顿相机图像融合方法，其步骤包括： 1)将鱼眼镜头放置于康普顿相机探测器前方使两者成像原点重合； 2)通过鱼眼镜头获取鱼眼畸变图像；依据康普顿散射成像重建算法对康普顿相机探测 器获取的数据进行处理，得到以单位球坐标系的经纬坐标表示的γ源重建图像； 3)对所述鱼眼畸变图像进行校正，得到鱼眼校正图像；
5 .如权利要求1所述的方法，其特征在于，康普顿相机探测器获取的数据为入射γ光子 在探测器中的散射位置与沉积能量、完全吸收位置与沉积能量。
6 .如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过调节γ源重建图像的显示阈值对图像融 合显示效果进行优化。
7 .如权利要求1所述的方法，其特征在于，将焦距为f的鱼眼镜头放置于距离康普顿相 机探测器的视野中心前方f处，使鱼眼镜头的成像原点与康普顿相机的成像原点相重合。
为2π视野：θ∈(0，π) ，
4π视野：θ∈(0，π) ，
因此 ，在康普顿相机中 ，普
通的光学镜头视野范围无法达到要求，目前通常采用视野范围达到180 °(π)的鱼眼镜头来 获取光学图像，并进一步与γ源重建图像进行融合。 [0004] 目前康普顿相机中所使用的图像融合方法，一般为直接使用鱼眼镜头的光学畸变 图像，将γ源重建的二维伪彩色图像叠加到鱼眼畸变图像上。这一技术方案，由于鱼眼畸变 图像中的像素点包含了距离信息，其图像的坐标轴并不是采用单位球坐标系下的经纬坐标 来表示的，因此无法将以经纬坐标(θ， )表示的γ源重建图像直接叠加到鱼眼畸变图像上， 需 要 对 γ 源 重 建 图 像 的 经 纬 坐 标 (θ， ) 进 行 投 影 变 换 后 ( 如 平 面 投 影 ( P l a n e projection)、立体投影(Stereographic projection)等) ，再根据鱼眼畸变图像的半径对 γ源重建图像进行插值，最后将插值后的γ源重建图像叠加到鱼眼畸变图像上完成图像融 合。 [0005] 由于γ源重建图像的经纬坐标(θ， )在经过投影变换后，投影在成像平面上的像 素会发生变形，产生锯齿效果；为消除锯齿效果，如采用将γ源重建时的坐标步长进一步细 分，或者采用更精细的插值方法，都将增加γ源重建的计算时间，不利于康普顿相机实现快 速、实时的图像重建与融合。
4)调整所述γ源重建图像的经纬坐标
的坐标范围 ，使之与所述鱼眼校正图像的
坐标范围保持一致； 5) 将 调整 后的 γ源重建图 像叠 加到所述鱼眼 校正图 像上 ，完成 康普顿 相机的图 像融
合。 2 .如权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述鱼眼畸变图像进行校正的方法为： a)依据鱼眼镜头成像模型和坐标系转换方法，建立鱼眼畸变图像坐标与单位球坐标系
9 .如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述γ源重建图像是以单位球坐标系的经纬
坐标
表示的 ，其坐标范围为θ∈(0 ，π) ，
2
CN 109872269 A
说 明 书
1/4 页
一种基于鱼眼图像校正的康普顿相机图像融合方法
技术领域 [0001] 本发明属于核辐射探测及核技术应用领域，特别是涉及一种基于鱼眼图像校正的 康普顿相机图像融合方法。
背景技术 [0002] 在核辐射探测领域，对环境中存在的γ辐射热点进行定位和成像的伽玛成像技 术，广泛应用于天文观测、核工业、核应急、核安保以及国防等领域。伽玛成像技术通常将重 建出的 γ 辐射热点以 二维 伪彩色图 像给出 ，并 与环境的 光学图 像 相融合 ，显示出γ 辐射热 点在环境中的分布情况。康普顿散射成像是伽玛成像技术中的一种，基于入射γ光子的康 普顿散射原理，通过测量散射点、吸收点的位置以及所沉积的能量，回溯重建出γ光子来源 的 方向。利 用康普顿散射成像的 原理 ，对γ辐射热点进行远距离成像的 装置通常称为康普 顿相机。 [0003] 由于康普顿相机采用康普顿散射的工作原理，不需要使用准直器对入射γ光子进 行阻挡，因此视野范围能够达到2π甚至4π。基于每个散射事例，康普顿散射重建会形成一个 包含γ光子入射方向的圆 锥面 ；多个散射事 例对应的圆 锥面 相交叠 ，形成的交叠最密集区 域即为γ辐射热点所在的方位。根据上述康普顿散射成像的 原理 ，γ源重建图 像所在的空 间坐标系为球坐标系。为了将γ源重建图像显示在二维平面上，通常采用单位球坐标系，以 纵轴为极角θ，横轴为方位角 的经纬坐标表示重建的γ辐射热点方位(θ， ) ，其坐标范围
的经纬坐标的映射关系； b) 依据该映 射关 系 ，将鱼眼畸 变图 像上的 坐标值填入到单位球坐标 系的 经 纬坐标 ，完
成鱼眼图像校正； c)依据鱼眼镜头成像模型，将单位球坐标系的经纬坐标范围扩展，得到鱼眼校正图像。 3 .如权利要求2所述的方法，其特征在于，建立所述映射关系的方法为：首先依据鱼眼
代理பைடு நூலகம் 司立彬
(51)Int .Cl . G06T 3/00(2006 .01) G06T 5/00(2006 .01) H04N 5/232(2006 .01)
(10)申请公布号 CN 109872269 A (43)申请公布日 2019.06.11
( 54 )发明 名称 一种基于鱼眼图像校正的康普顿相机图像
镜头成像模型确定鱼眼镜头焦距f、鱼眼畸变图像有效区域半径R、入射光线与镜头光轴的 夹 角θλ三者之间的 关 系 ；然后根据该关 系和坐标 系间的 转换方法 ，建立鱼眼畸 变图 像上坐 标(u，v)与单位球坐标系的经纬坐标(λ，ψ)的映射关系F：(u，v)→(λ，ψ)。
4 .如权利要求2所述的方法，其特征在于，将单位球坐标系的经纬坐标范围扩展的方法 为：依据鱼眼镜头成像模型，将单位球坐标系的经纬坐标(λ，ψ)的坐标范围扩展至(P(λ) ，P (ψ))，得到鱼眼校正图像；其中，根据鱼眼镜头模型确定扩展关系P( )。
( 19 )中华人民 共和国国家知识产权局
( 12 )发明专利申请
(21)申请号 201910015118 .4
(22)申请日 2019 .01 .08
(71)申请人 中国科学院高能物理研究所 地址 100049 北京市石景山区玉泉路19号 乙
(72)发明人 张济鹏 李春苗 帅磊 章志明 魏龙
(74)专利代理机构 北京君尚知识产权代理事务 所(普通合伙) 11200
融合方法 ( 57 )摘要
本发明公开了一种基于鱼眼图像校正的康 普顿相机图像融合方法，其步骤包括：1 )将鱼眼 镜头放置于康普顿相机探测器前方使两者成像 原点重合；2 )通过鱼眼镜头获取鱼眼畸变图像； 依据康普顿散射成像重建算法对康普顿相机探 测器获取的数据进行处理 ，得到以单位球坐标系 的经纬坐标表示的γ源重建图像 ；3 )对鱼眼畸变 图像进行校正 ；4 )调整γ源重建图像的经纬坐标 ( θ， )的坐标范围 ，使之与鱼眼校正图像的坐 标范围保持一致 ；5 )将调整后的γ源重建图像叠 加到所述鱼眼校正图像上，完成康普顿相机的图 像融合。本发明能 够实现快速准 确的图 像融合 ， 适用于通过鱼眼镜头获取光学图像的康普顿相 机设备 ，能够优化康普顿相机的γ热点显示效 果。
权利要求书1页 说明书4页 附图2页
CN 109872269 A
CN 109872269 A
权 利 要 求 书
1/1 页
1 .一种基于鱼眼图像校正的康普顿相机图像融合方法，其步骤包括： 1)将鱼眼镜头放置于康普顿相机探测器前方使两者成像原点重合； 2)通过鱼眼镜头获取鱼眼畸变图像；依据康普顿散射成像重建算法对康普顿相机探测 器获取的数据进行处理，得到以单位球坐标系的经纬坐标表示的γ源重建图像； 3)对所述鱼眼畸变图像进行校正，得到鱼眼校正图像；
5 .如权利要求1所述的方法，其特征在于，康普顿相机探测器获取的数据为入射γ光子 在探测器中的散射位置与沉积能量、完全吸收位置与沉积能量。
6 .如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过调节γ源重建图像的显示阈值对图像融 合显示效果进行优化。
7 .如权利要求1所述的方法，其特征在于，将焦距为f的鱼眼镜头放置于距离康普顿相 机探测器的视野中心前方f处，使鱼眼镜头的成像原点与康普顿相机的成像原点相重合。
为2π视野：θ∈(0，π) ，
4π视野：θ∈(0，π) ，
因此 ，在康普顿相机中 ，普
通的光学镜头视野范围无法达到要求，目前通常采用视野范围达到180 °(π)的鱼眼镜头来 获取光学图像，并进一步与γ源重建图像进行融合。 [0004] 目前康普顿相机中所使用的图像融合方法，一般为直接使用鱼眼镜头的光学畸变 图像，将γ源重建的二维伪彩色图像叠加到鱼眼畸变图像上。这一技术方案，由于鱼眼畸变 图像中的像素点包含了距离信息，其图像的坐标轴并不是采用单位球坐标系下的经纬坐标 来表示的，因此无法将以经纬坐标(θ， )表示的γ源重建图像直接叠加到鱼眼畸变图像上， 需 要 对 γ 源 重 建 图 像 的 经 纬 坐 标 (θ， ) 进 行 投 影 变 换 后 ( 如 平 面 投 影 ( P l a n e projection)、立体投影(Stereographic projection)等) ，再根据鱼眼畸变图像的半径对 γ源重建图像进行插值，最后将插值后的γ源重建图像叠加到鱼眼畸变图像上完成图像融 合。 [0005] 由于γ源重建图像的经纬坐标(θ， )在经过投影变换后，投影在成像平面上的像 素会发生变形，产生锯齿效果；为消除锯齿效果，如采用将γ源重建时的坐标步长进一步细 分，或者采用更精细的插值方法，都将增加γ源重建的计算时间，不利于康普顿相机实现快 速、实时的图像重建与融合。
4)调整所述γ源重建图像的经纬坐标
的坐标范围 ，使之与所述鱼眼校正图像的
坐标范围保持一致； 5) 将 调整 后的 γ源重建图 像叠 加到所述鱼眼 校正图 像上 ，完成 康普顿 相机的图 像融
合。 2 .如权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述鱼眼畸变图像进行校正的方法为： a)依据鱼眼镜头成像模型和坐标系转换方法，建立鱼眼畸变图像坐标与单位球坐标系