图像配准

图像配准
图像配准

作业三图像配准

一、实验题目:

图(a)是一幅参考图像,图(b)是因垂直和水平切变产生几何畸变的输入图像,选用合适的约束点配准这两幅图像。

注:参考图像已提供,由参考图像,可通过水平偏移20像素和垂直偏移200像素得到输入图像(图(b))

(a) 参考图像(b) 输入图像

二、实验代码:

function Main()

baseIm= imread('Fig0237.tif');%读入基准图像

[inputIm,map] = imread('t.tif');%读入待配准图像

A=[621 257];B=[403 443];C=[644 823];D=[472 606];%select_point函数选取坐标点

A1=[620 75];B1=[393 329];C1=[622 640];D1=[456 471];

input_points=[A;B;C;D];

base_points=[A1;B1;C1;D1];

%input_points_corr = cpcorr(input_points,base_points,input,base);

%%选择变换类型,不同的变换类型配准精度不一,选择最优配准即可

type ='affine';% 'similarity'%'affine' %'piecewise

linear'%'nonreflectivesimilarity'%'piecewise linear'%;

txpz(baseIm,inputIm,input_points,base_points,type);

End

function txpz(baseIm,inputIm,input_points,base_points,type)

%%求出从待配准图到基准图的坐标变换关系

T = cp2tform(input_points,base_points,type);

%%将待配准图放到基准图的坐标系下,xRange是横坐标的取值范围,yRange是纵坐标的取值范围,

%%Reg是配准后的图像

[Reg xRange yRange] =imtransform(inputIm,T);

[m1,n1,p1] = size(baseIm);

[m2,n2,p2] = size(Reg);

%从配准后的大图中截取与基准图等大的局部图像

rowStart = ceil(-yRange(1));

rowEnd = floor(-yRange(1)+m1);

colStart = ceil(-xRange(1));

colEnd = floor(-xRange(1)+n1);

regIm = Reg(rowStart:rowEnd,colStart:colEnd,:);

%写图像

imwrite(regIm,['name' type '.bmp']);

%显示配准结果图

figure;

subplot(131);imshow(baseIm);title('BaseImage');

subplot(132);imshow(inputIm);title('InputImage');

subplot(133);imshow(regIm);title(['Registration Image using ' type]); end

三、实验结果:

(图一)

(图二)

基于特征点图像配准方法的应用研究

基于特征点图像配准方法的应用研究 【摘要】针对常用的图像配准技术配准精度不高的问题,本文首先采用RANSAC算法剔除SURF算法初匹配中的误匹配对,再在初次提纯的匹配对中进行欧氏距离排序,提取距离最小的有限匹配对作为最终的匹配结果。通过实验表明该方法配准精度高,效果好,为后续图像的融合拼接打下良好的基础。 【关键词】RANSAC算法;SURF算法;图像配准 引言 随着传感器技术和计算机计算能力的提高,图像处理技术在社会生活中的应用越来越广泛。但是由于客观问题及图像传感器本身的局限性等会造成采集到的图像模糊、不完整等问题,因此采用图像处理技术对图像进行配准拼接处理获取完整的图片或者较宽视觉的图片就非常必要。本文采用基于SURF算法二次匹配法,对图像的特征点进行配准,配准精度得到明显的提高。 1、基于SURF算法初匹配存在问题的分析和解决方法 SURF算法[1]一般用特征矢量间的欧氏距离作为待配准图像的匹配判断矢量。匹配就是对于图像A中某个特征点,找出图像B中与它欧氏距离最近的特征点,简单地说,如果最近的距离小于某个阀值,则认为这两个点被匹配。 令A图像中的特征点描述子集为基准集,B图像中的特征点描述子集为目标集,通过欧式距离相似度判定度量,对每个qj我们在基准集中都能找到与其欧式距离最近的pi,这样qj和pi就构成一个匹配对。虽然匹配对中的两个特征点描述子的欧式距离最近,但这并不意味着它们对应相同的图像区域。在正确的匹配对中的两个特征点描述子的欧式距离会很小,理想状况下为零。但是当qj 与基准集中多个点的欧氏距离相近的时候,在判断时qj与它最近邻构成的匹配对就有可能是错误的匹配。 上述的分析表明,采用SURF算法对图像进行匹配,对于特征丰富的图像,往往得到数以百计的特征点匹配对,而且具有一定的误差性,存在错误的匹配对。因此就需要后续的检验过程,提高配准精度。 配准后的图像要转换到同个坐标下,才能进行拼接融合。这就涉及到图像变换模型。从图像变换模型的要求[2]中,我们知道,只要有3对对应的匹配对,我们就可以计算出两幅图像间的变换关系。在此我们先采用RANSAC算法消除错误匹配提高配准精度,以便得到更加精确的变换参数矩阵,便于后期的融合拼接。 2、基于RANSAC剔除误匹配提高配准精度的实现方法

ArcGIS影像配准及矢量化

实验三、影像配准及矢量化 一、实验目的 1.利用影像配准(Georeferencing) 工具进行影像数据的地理配准 2.编辑器的使用(点要素、线要素、多边形要素的数字化)。 注意:在基于ArcMap 的操作过程中请注意保存地图文档。 二、实验准备 数据:昆明市西山区普吉地形图1:10000 地形图――70011-1.Tif,昆明市旅游休闲图.jpg (扫描图)。 软件准备: ArcGIS Desktop ---ArcMap 三、实验内容及步骤 第1步地形图的配准-加载数据和影像配准工具 所有图件扫描后都必须经过扫描配准,对扫描后的栅格图进行检查,以确保矢量化工作顺利进行。打开ArcMap,添加“影像配准”工具栏。把需要进行配准的影像—70011-1.TIF 增加到ArcMap中,会发现“影像配准”工具栏中的工具被激活。 第2步输入控制点 在配准中我们需要知道一些特殊点的坐标。通过读图,我们可以得到一些控件

点――公里网格的交点,我们可以从图中均匀的取几个点。一般在实际中,这些点应该能够均匀分布。在”影像配准”工具栏上,点击“添加控制点”按钮。使用该工具在扫描图上精确到找一个控制点点击,然后鼠标右击输入该点实际的坐标位置 用相同的方法,在影像上增加多个控制点(大于7个),输入它们的实际坐标。点 击“影像配准”工具栏上的“查看链接表”按钮。 第3步设定数据框的属性 增加所有控制点,并检查均方差(RMS)后,在”影像配准”菜单下,点击“更新显示”。执行菜单命令“视图”-“数据框属性”,设定数据框属性

●更新后,就变成真实的坐标。 第4步矫正并重采样栅格生成新的栅格文件 ●在”影像配准”菜单下,点击“矫正”,对配准的影像根据设定的变换公式重新采样,另存为一个新的影像文件。

图像配准技术研究进展

第14卷第6期2007年12月 电光与控制 EU£CTRONICSOPTICS&CONTROL V01.14№.6 Dee.2007 文章编号:1671—637X(2007)06—0099—07 图像配准技术研究进展 刘松涛,杨绍清 (海军大连舰艇学院信息与通信工程系,辽宁大连116018) 摘要:图像配堆是解决图像融合、图像镶嵌和变化检测等问题的必要前提。其应用遍及军事、遥感、医学和计算机视觉等多个领域。筒要回顾了图像配准技术的发展史和研究现状.重点阐述了当前的技术热点和应用趋势,最后展望了进一步的研究方向。 关键词:图像配准;信息论;非刚性配准;虚拟结构 中图分类号:V243.6文献标识码:A Progressinimageregistrationtechniques LIUSong—taa,YANGShao—qing (Oept.ofInformation&CommtmicdionEt,g泌rit,.g,DafianNavalAcademy,Dalian116018,舀白Ⅺ) Abstract:Imageregistrationisessentialforallimageanalysistaskslikeimagefusion,imagemosaicandchangedetection.Itisusedwidelyinmilitarysystem,medicalimaging,remotesensing,computervision,etc.Thehistoryandcurrentetatusofimageregistrationtechniquesfirereviewedkeflywithemphasisonitscurrenttechnicalhotspotsandapplicationtrends.Someinterestingaspectsforfurtherstudya”pointedoutintheend. Keywords:imageregistration;informationtheory;110n—rigidregistration;virtualstructUre 0引言 图像配准是许多应用问题必须的预处理步骤,比如:时序图像的变化检测或多模图像融合,这些问题遍及军事、遥感、医学、计算机视觉等多个领域。许多领域都需要图像配准,实际应用过程可能会有所不同,但其中关键的因素是类似的。概括地说,图像配准是对取自不同时间、不同传感器或者不同视角的同一场景的两橱或多幅图像进行最佳匹配的过程,包括像素灰度匹配和空间位置对齐。 配准方法的分类可以依据不同的准则。Bro.wn…依据变换模型的复杂程度对配准方法进行分类,并归纳了配准技术的实现步骤:特征空问、相似度测量、搜索空间和策略。Maintz”1等则提出了9 收稿日期:2006—03—09修回Et期:2006—05—15 基金项目:国防预研基金资助项目(51403030604JBl40I);国家自然科学基金资助项目(60572160) 一 作者简介:荆松涛(1978一),男,河南孟津人,博士,主要研究方向为图像融合、耳标识别、成像跟踪、DSP开发 等。条分类准则,依次为:图像维数、配准特征的来源、变换模型、坐标变换域、交互性、优化策略、成像模式、配准对象、配准目标的特点等。作者参考Brown和Mainlz的分类方法,将配准技术概括为8个方面,包括:配准对象、特征提取、特征匹配、变换模型、优化策略、坐标变换与插值、系统实现及算法评估,并考虑每项内容的技术特性进行细分,然后依据某一算法的创新点进行分类。囊括所有方法的分类准则是不存在的,所提方法侧重于从总体上对配准方法进行考察,是一种相对能反映配准方法本质特征的分类方法。依据新的分类准则,作者已对图像配准技术的8个子方向进行了系统研究uJ。 1发展史和研究现状 国外从20世纪60年代就开始在图像配准领域进行研究“】,但直到1980年代才开始引起学者们的关注。到上世纪末,单模图像配准问题已基本解决,但多模图像配准由于涉及模式和领域的复杂性.仍需密切关注。国际上对图像配准技术曾做过调查”】,其结论是1990年代初技术文献明显增加。而

图像配准的方法

图像配准的方法 迄今为止,在国内外的图像处理研究领域,已经报道了相当多的图像配准 研究工作,产生了不少图像配准方法。总的来说,各种方法都是面向一定范围 的应用领域,也具有各自的特点。比如计算机视觉中的景物匹配和飞行器定位 系统中的地图匹配,依据其完成的主要功能而被称为目标检测与定位,根据其 所采用的算法称之为图像相关等等。 图像配准的方式可以概括为相对配准和绝对配准两种:相对配准是指选择 多图像中的一张图像作为参考图像,将其它的相关图像与之配准,其坐标系统 是任意的。绝对配准是指先定义一个控制网格,所有的图像相对于这个网格来 进行配准,也就是分别完成各分量图像的几何校正来实现坐标系的统一。本文 主要研究大幅面多图像的相对配准,因此如何确定多图像之间的配准函数映射 关系是图像配准的关键。通常通过一个适当的多项式来拟合两图像之间的平移、旋转和仿射变换,由此将图像配准函数映射关系转化为如何确定多项式的系数,最终转化为如何确定配准控制点(RCP)。目前,根据如何确定RCP的方法和图像配准中利用的图像信息区别可将图像配准方法分为三个主要类别:基于灰度信 息法、变换域法和基于特征法[25],其中基于特征法又可以根据所用的特征属 性的不同而细分为若干类别。以下将根据这一分类原则来讨论目前已经报道的 各种图像配准方法和原理。 1基于灰度信息的图像配准方法 基于灰度信息的图像配准方法一般不需要对图像进行复杂的预先处理,而 是利用图像本身具有灰度的一些统计信息来度量图像的相似程度。主要特点是 实现简单,但应用范围较窄,不能直接用于校正图像的非线性形变,在最优变 换的搜索过程中往往需要巨大的运算量。经过几十年的发展,人们提出了许多 基于灰度信息的图像配准方法,大致可以分为三类:互相关法(也称模板匹配法)、序贯相似度检测匹配法、交互信息法。 (1)互相关法

图像配准技术方法研究

图像配准技术方法研究 摘要随着信息技术的迅猛发展,图像配准技术已经在军事、遥感、医学、计算机视觉等多个领域得到了广泛的应用。图像配准技术是图像处理的一个基本问题,它是将不同时间、传感器或视角下获取的相同场景的多幅图像进行匹配的图像处理的过程。三类图像配准的方法大致如下:基于灰度的图像配准方法。基于变换域的图像配准方法。基于特征的图像配准方法。本文将应用这三种方法对图像配准进行研究。并重点研究基于特征的图像配准方法。 关键词图像配准,特征点匹配,灰度插值,控制点的提取 Abstract The technology of image registration is being widely used in the military, remote sensing , medical, computer, visual and any other fields with the rapid development of information technology. The technology of image registration is a kind of process to match different pictures getting from different periods and different cameras but a same scene, it is a basic point to handle the pictures. There are three kinds of ways to do the image registration:According to the level of the color of gray getting from the pictures.According to transforming domains.According to the features The three kinds of ways will be used to discuss the image registration in the thesis, and the way according to the features will be discussed more in the thesis.

ArcMap中影像图配准

影像图配准 数据准备:1:2000影像数据 55.2-38.0.tif 55.2-39.0.tif 配准前:加载上述两幅影像图,在ArcMap中显示效果如下: 第1步地形图的配准-加载数据和影像配准工具 所有图件扫描后都必须经过扫描配准,对扫描后的栅格图进行检查,以确保矢量化工作顺利进行。 ●打开ArcMap,添加“影像配准”工具栏。 ●把需要进行配准的影像—55.2-38.0.tif增加到ArcMap中,会发现“影像配准”工具栏 中的工具被激活。 第2步输入控制点 在配准中我们需要知道一些特殊点的坐标。一般为控件点――公里网格的交点。在这里将选取影像图的四个角点,根据影像图的图幅号算出它的每个角点的坐标点。

●在“影像配准”工具栏上,点击“添加控制点”按钮。 ●使用该工具在扫描图上精确到找一个控制点点击,然后鼠标右击输入该点实际的坐标位 置,如下图所示: ●用相同的方法,在影像上增加多个控制点(大于7个),输入它们的实际坐标。点击“影 像配准”工具栏上的“查看链接表”按钮。 ●检查控制点的残差和RMS,删除残差特别大的控制点并重新选取控制点。转换方式设定为“二次多项式”

注意:在连接表对话框中点击“保存”按钮,可以将当前的控制点保存为磁盘上的文件,以备使用。 第3步设定数据框的属性 增加所有控制点,并检查均方差(RMS)后,在”影像配准”菜单下,点击“更新显示”。 执行菜单命令“视图”-“数据框属性”,设定数据框属性

在“常规”选项页中,将地图显示单位设置为“米”

在“坐标系统”选项页中,设定数据框的坐标系统为“Xian_1980_Degree_GK_CM_102E”(西安80投影坐标系,3度分带,东经 102度中央经线),与扫描地图的坐标系一致 ●更新后,就变成真实的坐标。 第4步矫正并重采样栅格生成新的栅格文件 ●在”影像配准”菜单下,点击“矫正”,对配准的影像根据设定的变换公式重新采样, 另存为一个新的影像文件。

医学图像配准技术 综述

医学图像配准技术 A Survey of Medical Image Registration 张剑戈综述,潘家普审校 (上海第二医科大学生物医学工程教研室,上海 200025) 利用CT、MRI、SPECT及PET等成像设备能获取人体内部形态和功能的图像信息,为临床诊断和治疗提供了可靠的依据。不同成像模式具有高度的特异性,例如CT通过从多角度的方向上检测X线经过人体后的衰减量,用数学的方法重建出身体的断层图像,清楚地显示出体内脏器、骨骼的解剖结构,但不能显示功能信息。PET是一种无创性的探测生理性放射核素在机体内分布的断层显象技术,是对活机体的生物化学显象,反映了机体的功能信息,但是图像模糊,不能清楚地反映形态结构。将不同模式的图像,通过空间变换映射到同一坐标系中,使相应器官的影像在空间中的位置一致,可以同时反映形态和功能信息。而求解空间变换参数的过程就是图像配准,也是一个多参数优化过程。图像配准在病灶定位、PACS系统、放射治疗计划、指导神经手术以及检查治疗效果上有着重要的应用价值。 图像配准算法 可以从不同的角度对图像配准算法进行分类[1]:同/异模式图像配准,2D/3D图像配准,刚体/非刚体配准。本文根据算法的出发点,将配准算法分为基于图像特征(feature-based)和基于像素密度(intensity-based)两类。 基于特征的配准算法 这类算法利用从待配准图像中提取的特征,计算出空间变换参数。根据特征由人体自身结构中提取或是由外部引入,分为内部特征(internal feature)和外部特征(external feature)。

【作者简介】张剑戈(1972-),男,山东济南人,讲师,硕士 1. 外部特征 在物体表面人为地放置一些可以显像的标记物(外标记,external marker)作为基准,根据同一标记在不同图像空间中的坐标,通过矩阵运算求解出空间变换参数。外标记分为植入性和非植入性[2]:立体框架定位、在颅骨上固定螺栓和在表皮加上可显像的标记。Andre G[3]等将该方法用于机器人辅助手术,对于股骨移植,位移误差小于1.5mm,角度误差小于3°,由于计算量小,可以实现实时配准。但是标记物必须事先被固定好,不能用于回顾性配准,而且该方法只适用刚体配准。 2. 内部特征 从医学影像中可以提取出点、线和面:血管的交点、血管、胸腹之间的横膈膜等,这些特征作为内标记点(internal marker) ,利用其空间位置同样可以求解出空间变换参数。Hill DL[4]用11个形态点对脑部配准,误差<1mm,方差为1.73mm。Meyer CR[5]除了血管树的交点,还使用了左右脑之间的间隔等特征。Maurer CR[6,7]赋予点、线、面等几何特征不同的权重(weighted geometrical features, WGF),进一步改进了算法。内标记点配准是一种交互性的方法,将3D图像配准简化为点、线和面的匹配,可以进行回顾性研究,不会造成患者的不适。但是医生对特征位置的判断影响到配准精度,为了克服人为误差,需要多次重复操作,以平均值作为最终结果。 表面匹配算法也利用了内部特征[8]:进行图像分割,提取出轮廓曲线、物体表面等内部特征,使2D/3D图像配准简化为2D曲线和3D曲面的匹配,不再考虑物体内部像素。典型的应用是刚体配准的“头帽”算法[9],从头部的3D图像中分割出表面轮廓,分别作为头模型和帽模型。配准的目标函数是头表面和帽表面之间的均方距离,该距离是空间变换参数的函数。表面匹配算法是一种自动算法,在物体表面轮廓相似并且清晰的情况下,配准效果很好。其不足之处在于:准确地进行图像分割很困难;不同模式的图像,如CT/PET图像,由于器官的轮廓差异较大,难于精确地匹配。 3. 在非刚体配准中的应用 进行非刚体配准前要确定物理模型,常见有弹性模型、粘稠液体模型、生物力学模型。通过在感兴趣区域中提取参考点、2D或是3D轮廓线,使待配准图像

多模图像配准融合

多模图像配准融合

浅析多模态医学图像的配准与融合技术 来源:本站原创作者:朱俊林发布时间:2009-06-07 1 医学图像的配准技术简介 医学图像的配准技术是90年代才发展起来的医学图像处理一个重要分支, 并且日益受到了医学界和工程界的重视。医学图像的配准是指对于一幅医学图 像寻求一种或者是一系列的空间变换,使两幅图像的对应点达到空间位置和解 剖结构的一致,这种一致是指人体上的同一解剖点在两张匹配的图像上有相同 的空间位置。简单地说医学图像配准就是解决两幅图像的严格对齐问题。配准 的结果应使两幅图像上所有的解剖点,或至少是所有具有诊断意义的解剖点及 手术感兴趣的点都达到匹配。 医学图像的配准按图像来源分为:单模态(mono-modality)与多模态配准(multi-modality)。单模态配准是指对来自同一成像设备的不同时刻或不同角 度的图像进行配准。但在实际临床应用中,单一模态的图像往往不能提供医生 所需要的足够信息,通常需要将不同模态的图像融合在一起得到更丰富的信息 量,从而作出准确的诊断,制订出合适的治疗方案。所谓多模态配准,是将来 自不同形式的医学图像进行空间上的对准,将对应的相同解剖位置标记出来以 实现图像融合和进一步后期处理。多模态图像之间的配准使用最频繁,主要应用在诊断方面,可分为解剖—解剖的配准和解剖—功能的配准两大类,前者将显示组织形态学不同方面的两幅图像混合,后者将组织的新陈代谢与它相对于解剖 结构的空间位置联系起来。目前,主要的研究工作重点是进行CT、MRI以及PET、fMRI等图像的配准。 2 医学图像融合技术简介 医学图像的融合是指将两幅(或两幅以上)来自不同成像设备或不同时刻获 取的已配准图像,采用某种算法,把各个图像的优点或互补性有机结合起来, 获得信息量更为丰富的新图像的技术。医学诊断往往要综合许多不同信息进行, 传统的方法是,临床医生利用灯箱分别观看这些胶片,综合对比,得到结果。 如果能够把这些互补信息以某种方式综合在一起作为一个整体作为医学诊断的 依据,使得临床医生只要在一张综合图像上就能看到不同原始图像的信息,那 么就能提供全方位的信息细节。 3 医学图像配准及融合的关系及意义 医学图像的配准和融合有着非常密切的关系,特别是对于多模态图像而 言,配准和融合是密不可分的。配准是融合的前提,也是决定图像融合技术发 展的关键技术,若事先不对待融合图像进行空间上的对准,那么融合后的图像 也是毫无意义的。融合是配准的目的,通过来自不同影像设备的图像融合,可 以得到更多的信息,提高影像数据的利用率。在多模态医学图像信息融合中, 是要把相对应的组织结构融合在一起,而待融合的图像往往来自不同的成像设 备,它们的成像方位、角度和分辨率等因素都是不同的,所以这些图像中相应 组织的位置、大小等都是有差异的,必须先进行配准处理,才能实现准确地融 合。

图像配准融合介绍

图像配准操作(Image Registration)是在不同条件下得到的并且位于不同坐标系下的同一场景(或物体)的二幅或者多幅图像进行对准叠加的过程由于成像条件不同,同一场景(物体)的多幅图像会在分辨率、成像模式、灰度属性、位置(平移和旋转)、比例尺度、非线性变形及曝光时间等方面存在很多差异,图像配准就是要克服这些困难,最终将这些图像在几何位置上进行配准,以便能够综合利用多幅图像中的信息满足一定的应用需求。概括来说,图像配准问题就是将位于不同坐标系下同一场景的二幅或多幅图像,寻找一种特定的最优几何变换,将两幅或多幅图像变换到同一坐标系的过程 背景、意义 背景 图像配准最早在美国70年代飞行器辅助导航系统、武器投射系统的末端制导以及寻地等应用研究中提出。经过20年的研究成功地用于中程导弹及战斧式巡航导弹上弹着点误差半径不超过十几米。80年代后很多领域都有大量配准技术的应用,如遥感领域、模式识别、自动导航、医学诊断、计算机视觉等。各个领域的配准技术都是对各自具体的应用背景结合实际情况量身订制的技术。但是不同领域的配准技术之间在理论方法上又具有很大的相似性。 目前国内外研究图像配准技术比较多的应用领域有:红外图像处理、遥感图像处理、数字地图定位和医学图像处理等领域。 70年代P.E.Anuta 提出用FFT (Fast Fourier Transform快速傅里叶变换)进行图像配准;D.I.Barnea和H.F.Silverman SSDA(Sequential Similarty Detection Algorithm 序贯相似性检测算法)进行图像配准该算法的优点是图像配准的处理速度相对其它算法来说得到了提高;W.Pratt 在数字图像处理中详细阐述了各种用于图像配准的相似度量函数;后来A.Roche等将相关相似度函数扩展并应用得到多模态图像配准当中(缺陷:不能处理较复杂的多模态图像间的配准、利用其计算的相似性的峰会较平坦、显著性较低、计算复杂度较高)P.E.Anuta 等提出了改进的基于边界信息计算的相关相似度量,有效地提高了该相似度量相对于光照变化的鲁棒性;P.Viola and W.M.Wells III,等在1997较早地将信息论中的交互信息用于图像的配准操作Thevenaz

配准综述

图像配准是对取自不同时间,不同传感器或者不同视角的同一区域的两幅或者多幅图像进行匹配叠加的过程。随着技术手段的不断发展,人们对图像配准的要求也越来越离。包括配准方法的鲁棒性、算法的难易程度、算法的自主性等都是考量算法的指标。图像配准的方法中,有人提出过被广泛认同的四个巧骤: a.特征空间的选择 特征空间是指将运用到配准中元素的集合。特征空间包括很多方面,比如像素值,比如点、线,或者平面甚至是曲面。 b.搜索空间 搜索策略是指一系列配准变换操作的集合。搜索空间是建立在几何形变基础上的。而几何形变一般包括全局的和局部的几何形变。典型的全局变形包括平移,缩放,扭曲等变形以及它们的组合。而局部形变,对变换参数要求比较苛刻,因为某一套变换参数只能作用在局部形变区域,而其余区域需采用插值技术补充。然而,另外的变形区域则需要另外的变换参数去表述。在一般的处理中,我们将变换模型看成是一种先验知识。不然则需要考量所有的变换模型。 c.搜索策略 搜索策略是实施变换的依据。它的存在是为了找寻变换模型的最优解。常用的搜索策略有松弛模型法、牛顿法和共扼梯度法。 d.相似性度量 相似性度量是对采用的变换模型的评价。相似性度量主要是采用参考图像和配准图像之间的共有的特征之间的差异比较的方法来评价配准的情况。这其中的差异可以包括点位的误差,或者是灰度值相关的差异,还可以是在变换域之间的差异值等等。最常见的相似性度量是检测特征的欧氏距离。 上述的几个步骤构成了图像配准的基本框架。许许多多的算法充斥其中产生了种类繁多的配准方法。下面主要介绍下几种典型的配准算法。目前典型的配准算法中大致可分成基于灰度、基于特征和基于模型的方法。 基于灰度的配准算法 基于灰度的算法中,重点是对图像配准的过程上,而不是特征集的选择

图像识别匹配技术原理

第1章绪论 1.1研究背景及意义 数字图像,又称数码图像或数位图像,是二维图像用有限数字数值像素的表示。通常,像素在计算机中保存为二维整数数组的光栅图像,这些值经常用压缩格式进行传输和储存。数字图像可以由许多不同的输入设备和技术生成,例如数码相机、扫描仪、坐标测量机等,也可以从任意的非图像数据合成得到,例如数学函数或者三维几何模型,三维几何模型是计算机图形学的一个主要分支。数字图像处理领域就是研究它们的变换算法。 数字图像处理(Digital Image Processing)是通过计算机对图像进行去除噪声、增强、复原、分割、提取特征等处理的方法和技术。数字图像处理的产生和迅速发展主要受三个因素的影响:一是计算机的发展;二是数学的发展(特别是离散数学理论的创立和完善);三是广泛的农牧业、林业、环境、军事、工业和医学等方面的应用需求的增长。 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。 图像配准的方法迄今为止,在国内外的图像处理研究领域,已经报道了相当多的图像配准研究工作,产生了不少图像配准方法。总的来说,各种方法都是面向一定范围的应用领域,也具有各自的特点。比如计算机视觉中的景物匹配和飞行器定位系统中的地图匹配,依据其完成的主要功能而被称为目标检测与定位,根据其所采用的算法称之为图像相关等等。 基于灰度信息的图像配准方法一般不需要对图像进行复杂的预先处理,而是利用图像本身具有灰度的一些统计信息来度量图像的相似程度。主要特点是实现简单,但应用范围较窄,不能直接用于校正图像的非线性形变,在最优变换的搜索过程中往往需要巨大的运算量。经过几十年的发展,人们提出了许多基于灰度信息的图像配准方法,大致可以分为三类:互相关法(也称模板匹配法)、序贯相似度检测匹配法、交互信息法。 目前主要图像配准方法有基于互信息的配准方法,基于相关性的配准方法和基于梯度的配准方法。其中基于梯度的方法基本很少单独使用,而作为一个辅助

图像匹配+图像配准+图像校正

图像匹配 图像匹配是指通过一定的匹配算法在两幅或多幅图像之间识别同名点,如二维图像匹配中通过比较目标区和搜索区中相同大小的窗口的相关系数,取搜索区中相关系数最大所对应的窗口中心点作为同名点。其实质是在基元相似性的条件下,运用匹配准则的最佳搜索问题。图像匹配主要可分为以灰度为基础的匹配和以特征为基础的匹配。 1、灰度匹配 灰度匹配的基本思想:以统计的观点将图像看成是二维信号,采用统计相关的方法寻找信号间的相关匹配。利用两个信号的相关函数,评价它们的相似性以确定同名点。 灰度匹配通过利用某种相似性度量,如相关函数、协方差函数、差平方和、差绝对值和等测度极值,判定两幅图像中的对应关系。 最经典的灰度匹配法是归一化的灰度匹配法,其基本原理是逐像素的把一个以一定大小的实时图像窗口的灰度矩阵,与参考图像的所有可能的窗口灰度阵列,按某种相似性度量方法进行搜索比较的匹配方法,从理论上说就是采用图像相关技术。 利用灰度信息匹配方法的主要缺陷是计算量太大,因为使用场合一般都有一定的速度要求,所以这些方法很少被使用。现在已经提出了一些相关的快速算法,如幅度排序相关算法,FFT相关算法和分层搜索的序列判断算法等。 2、特征匹配 特征匹配是指通过分别提取两个或多个图像的特征(点、线、面等特征),对特征进行参数描述,然后运用所描述的参数来进行匹配的一种算法。 基于特征的匹配所处理的图像一般包含的特征有颜色特征、纹理特征、形状特征、空间位置特征等。 特征匹配首先对图像进行预处理来提取其高层次的特征,然后建立两幅图像之间特征的匹配对应关系,通常使用的特征基元有点特征、边缘特征和区域特征。特征匹配需要用到许多诸如矩阵的运算、梯度的求解、还有傅立叶变换和泰勒展开等数学运算。 常用的特征提取与匹配方法有:统计方法、几何法、模型法、信号处理法、边界特征法、傅氏形状描述法、几何参数法、形状不变矩法等。 基于图象特征的匹配方法可以克服利用图象灰度信息进行匹配的缺点,由于图象的特征点比较象素点要少很多,大大减少了匹配过程的计算量;同时,特征点的匹配度量值对位置

关于图像匹配的综述

关于图像匹配的综述 1.图像匹配的背景及定义 1.1图像匹配的背景及意义 图像匹配技术广泛的应用于日常生活中的诸多领域,如医疗诊断中各种医学图片的分析与识别、遥感图片识别、天气预报中的卫星云图识别、指纹识别、人脸识别等。图像匹配技术主要指通过计算机,采用数学技术方法,对获取的图像按照特定目的进行相应的处理。图像匹配技术是人工智能的一个重要分支和应用,随着计算机技术及人工智能技术的发展,图像识别技术逐渐成为人工智能的基础技术之一。它涉及的技术领域相当的广泛,也越来越深入,其基本分析方法也随着数学工具的不断进步而不断发展。现在,图像识别技术的应用范围己经不仅仅局限于视觉的范围,也体现在机器智能和数字技术等方面。 1.2图像匹配的定义 所谓图像匹配是指在一幅(或一批)图像中寻找与给定目标图像相似的图像或者图像区域(子图像)的过程。通常将已知目标图像称为模板图像,而将待搜索图像中可能与它对应的子图称作该模板的待匹配的目标图像。图像匹配是在来自不同时间或者不同视角的同一场景的两幅或多幅图像之间寻找对应关系,该技术隶属于计算机视觉哺领域。图像匹配的具 体应用包括目标或场景识别、在多幅图像中求解3D结构、立体对应和运动跟踪等。由于拍摄时间、拍摄角度、自然环境的变化,多种传感器的使用、传感器本身的缺陷及噪声等影响,拍摄的图像会存在灰度失真和几何畸变。同时,图像预处理过程会引入的误差,这都是导致模板图像与待匹配的目标图像之间通常存在着一定程度上的差异。在这种情况下,如何使匹配算法精度高、正确匹配率高、速度快和抗干扰性强成为人们关心的问题。 2.图像匹配算法的分类 图像匹配算法的选取对图像匹配结果的影响很大。实用的匹配算法不仅要求计算量小,还必须具有良好的抗噪能力和抗几何形变的能力。通常情况下,图像匹配算法可以分为以下两大类:基于灰度相关的匹配算法、基于特征的图像匹配算法。 1) 基于灰度分布的相关匹配算法,也称为基于区域的匹配方法。常见的基于图像灰度的匹配方法有:(1)归一化灰度相关匹配、(2)最小二乘影像匹配、和(3)序贯相似性检测法匹配等。该类算法直接利用整幅图像的灰度信息,建立两幅图像之间的相似性度量,然后采用某种搜索方法,寻找使相似性度量值最大或最小的变换模型的参数值。在灰度及几何畸变

图像配准

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。 配准技术的流程 配准技术的流程如下:首先对两幅图像进行特征提取得到特征点;通过进行相似性度量找到匹配的特征点对;然后通过匹配的特征点对得到图像空间坐标变换参数:最后由坐标变换参数进行图像配准。而特征提取是配准技术中的关键,准确的特征提取为特征匹配的成功进行提供了保障。因此,寻求具有良好不变性和准确性的特征提取方法,对于匹配精度至关重要. 研究工作 图像配准的方法迄今为止,在国内外的图像处理研究领域,已经报道了相当多的图像配准研究工作,产生了不少图像配准方法。总的来说,各种方法都是面向一定范围的应用领域,也具有各自的特点。比如计算机视觉中的景物匹配和飞行器定位系统中的地图匹配,依据其完成的主要功能而被称为目标检测与定位,根据其所采用的算法称之为图像相关等等。 基本方式 图像配准的方式 图像配准的方式可以概括为相对配准和绝对配准两种:相对配准是指选择多图像中的一张图像作为参考图像,将其它的相关图像与之配准,其坐标系统是任意的。绝对配准是指先定义一个控制网格,所有的图像相对于这个网格来进行配准,也就是分别完成各分量图像的几何校正来实现坐标系的统一。本文主要研究大幅面多图像的相对配准,因此如何确定多图像之间的配准函数映射关系是图像配准的关键。通常通过一个适当的多项式来拟合两图像之间的平移、旋转和仿射变换,由此将图像配准函数映射关系转化为如何确定多项式的系数,最终转化为如何确定配准控制点(RCP)。 图像配准方法 目前,根据如何确定RCP的方法和图像配准中利用的图像信息区别可将图像配准方法分为三个主要类别:基于灰度信息法、变换域法和基于特征法[1],其中基于特征法又可以根据所用的特征属性的不同而细分为若干类别。以下将根据这一分类原则来讨论目前已经报道的各种图像配准方法和原理。 基于灰度信息的图像配准方法 绪论

图像配准技术的应用与研究

图像配准技术的应用与研究 【摘要】数字图像配准技术在当今科学研究的各个领域都显示出了很高的利用价值,伴随着人们对匹配效果的不断增强,图像配准技术也受到人们越来越多的关注。本文主要介绍图像配准在各个领域中的应用以及图像配准算法的研究现状。 1.图像配准技术的应用 目前,在很多领域都运用到了图像配准技术,这些领域分布在很多学科,包括机器视觉、医疗图像鉴定[1]等,另外还有现代汽车工业上运用到的器件完整度检测,当前受到热捧的景物匹配技术也都利用了图像配准技术。图像配准早已是一个非常热点同时也非常前沿的技术,现在图像多源信息融合作为一门强势的基础学科,已被广泛运用于军工、民用、商业等领域[2][3]。 在计算机机器视觉中,图像配准技术也是其他延伸技术的基础,包括指纹识别、运动目标识别、人脸识别等当今非常热门的研究领域。图像配准技术既是基础,也是难点。当前有关视频监控、目标跟踪方面的研究已经很深入,且取得了很多辉煌的成就,但归根到底,所有的视频信息也都是由一帧一帧的图像所构成,因此要解决这类识别问题,同样依赖于图像配准技术的发展。 2.图像配准基本原理 在数字图像配准技术中,灰度相关处理是一种非常重要的算法。这类算法最大的特点就是算法的实现非常容易,但这类算法又有限制其发展的弱点,那就是该类算法的时间复杂度都非常高,计算机在进行处理的时候消耗的时间过长,实时性较差,使得这类算法在运用到实际中的时候,难以得到很好的效果。原因在于这类配准方法在对相似度进行计算时,基本上要对待配准区域的每一个像素点进行计算,这样的大量运算会直接增加配准搜索过程的时间,同时其受到图像尺度变化的影响非常大。还有一种方法是使用图像中的所有像素点的灰度信息来进行配准,再使用一种搜寻的方式把那些属于某一相似度的极值点找到,算法同样利用的是对整幅图像中的所有像素点。因其计算量太大,所以实际使用价值也不高。 图像进行特征提取的时候,使用的方法要根据实际的情况来做出不同的选择,因为不同图像的特征点有其所特有的性质。这些方法广泛的涉及到图形图像形态学,而且无法把这些模型有效的归纳到一起。针对图像的特征点提取,很多方法都运用了图像中那些对图像发生平移、尺度等变换时保持不变性的特征点,甚至某些点还能是在图像发生仿射变换时也保持不变性。通常数字图像中的特征做了图像全局特征和图像局部特征的划分。对于图像的全局特征,由于要考虑图像中所有像素点对当前点的贡献和影响,所以对图像信息的描述是非常复杂的,

图像匹配综述上课讲义

图像匹配综述

图像匹配综述 摘要:主要从图像匹配技术的概念、一般性描述及图像匹配技术的技术分类对图像匹配进行描述,在图像匹配技术的分类中,对各个方法的优缺点进行了详细的说明。 关键词:图像匹配;一般性描述;分类 随着科学的飞跃发展,近年来图像匹配技术在许多方面有着非常重要的应用,尤其是在医学方面、运动物体的跟踪、计算机视觉、天气预报以及各种资源分析等方面运用非常广泛。本文对图像匹配进行综述,以便读者对其有个粗略的了解。 一、图像匹配的概念 图像匹配的概念:在两幅图像中,从一幅图像中寻找与另一幅具有相同或相似的过程。 二、图像匹配的一般性描述 图像匹配可以描述为:假设给定大小分别为m×m和n ×n像素图像h1(x,y)及h2(x,y),它们的映射关系为: h2(x,y)=g(h1(a(x,y)),(2-1) 式(2-1)中,符号a是二维或者多维的几位变换(x′,y′)=a(x,y),符号g为一维或者多维图像的亮度变换。匹配图像问题的实质是寻找两幅图像的最佳几何变

换a和亮度变换,最终的目的是使预先定义的那种测度为最小值或者达到最大值,以达到两幅待匹配图像的匹配。匹配图像的关键主要是下列因素选择的一个组合:待匹配图像的特征空间、相似度、几何变换类型和参数的搜索策略。 下表2-1给出了待匹配图像的特征空间、相似度及搜索策略的几个主要要素及它们对应的内容。 表2-1 待图像匹配的三个关键因素 三、图像匹配技术的分类 图像匹配技术算法分类很多,但都遵守这样的基本原则:(1)算法必须是有效的。(2)算法必须是稳定的,当待匹配的图像发生旋转、尺度伸缩及被遮挡时,此种算法仍能使用。(3)算法必须是快速的。 1.基于图像灰度相关的匹配方法 基于图像灰度匹配算法是利用整幅图像的灰度信息进行匹配的方法。 几种常见的算法有平均绝对差算法、归一化积相关算法、互信息匹配算法、傅立叶相关算法等。下面简要介绍以下这几种算法: (1)平均绝对差算法 平均绝对差算法是这样定义的: d(x,y)= s(i+x,j+y)-T(i,j)(3-1)

图像配准算法综述

杭州电子科技大学 毕业设计(论文)文献综述 毕业设计题目SIFT特征研究及应用 文献综述题目图像配准算法综述学院生命信息及仪器工程学院 专业电子信息技术及仪器 姓名 班级 学号 指导教师

图像配准算法综述 一.前言 图像配准是指找出场景中同一物体表面的结构点在不同图像上的投影像素点之间的对应关系,是图像信息处理领域中一项非常重要的技术,同时也是其它一些图像分析技术,如立体视觉、运动分析、数据融合等的基础。 目前图像配准广泛应用于虚拟现实、视频压缩、图像复原、图像数据库检索等技术中。图像配准的研究是计算机视觉中最困难也是最重要的任务之一。不同的图像配准方法总是对应于某种适用的图像变换模型,其核心问题是提高配准的速度、精度和算法的稳健度。 随着科学技术的发展现在约40%的机器视觉应用中都会使用图像匹配技术,所涉及的领域有:工业检测,导弹的地形匹配,光学和雷达的图像跟踪,交通管理,工业流水线的自动监控、工业仪表的自动监控,医疗诊断,资源分析,气象预报,文字识别以及图像检索等。 图像匹配研究按其处理步骤可以分为样本采集、样本预处理、样本分割、样本的特征提取等,并且与计算机视觉、多维信号处理和数值计算方法等紧密结合。它也是其它一些图像分析技术,如立休视觉、运动分析、数据融合等的基础。正因为其应用的广泛性,新的应用和新的要求逐步产生,使得匹配算法的研究逐步走向深入,出现了快速、稳定、鲁棒性好的匹配算法。因此,研究图像的匹配算法对于如何提高实际工程中的图像处理质量和识别精度具有非常重要的意义。 本文主要分析图像匹配常用方法的优点和不足之处,讨论了图像匹配中需要进一步研究和解决的问题。 二.图像配准算法的研究现状 图像配准是立体视觉、运动分析、数掘融合等实用技术的基础,在导航、地图与地形配准、自然资源分析、天气预报、环境监测、生理病变研究等许多领域有重要的应用价值。国内外学者针对不同的图像配准应用问题进行了大量的研究工作,早在1992年英国剑桥大学的Lisa Gottesfeld Brown在文献[1]习中就总结了图像配准的主要理论及图像配准在各个领域的应用。当时他讨论的图像配准技术主要还是著眼于医学图像处理、遥感图像处理等传统应用领域。图像配准是图像镶嵌技术的核心问题。 微软研究院的Richard Szeliski在1996年SIGGRAPH上提出了基于运动模型的全景图拼接算法[7]。Szeliski采用了非线性优化的方法来最小化像素两幅图像的亮度差以确定变换参数。该方法使用了全部像素进行优化处理,所以配准精度较高,但是计算速度较慢,且稳健性不佳。 国内的赵向阳。杜立民在2004年提出了一种基于特征点匹配的图像自动拼接算法[2],其中使用了Harris算法[3]提取角点并进行匹配。赵的算法采用了鲁棒变换估计技术,在一定程度上提高配准算法的稳健性,但是计算速度依然较慢,且无法配准重

基于特征点的最近邻配准算法

第27卷 第2期 许昌学院学报Vol .27.No .2 2008年3月JOURNAL OF XUCHANG UN I V ERSI TY Mar .2008收稿日期:2007-09-29 基金项目:许昌学院青年资金项目(2007040) 作者简介:戚世贵(1973—),男,河南新乡人,讲师,硕士,研究方向:图像处理,虚拟现实. 文章编号:1671-9824(2008)02-0067-05 基于特征点的最近邻配准算法 戚世贵1,戚素娟2 (1.许昌学院计算机科学与技术学院,河南许昌461000;2.中国科学院国家授时中心,陕西临潼710600) 摘 要:利用尺度不变特征点的提取方法提取特征点,并对SI FT 方法提取出的特征点用最近邻算法进行配准,在搜索最近邻特征点和次近邻特征点时使用了在K -D 树搜索算法基础上进行改进的搜索算法BBF (Best B in First )算法.实验证明该算法具有配准精度高,鲁棒性好的特点. 关键词:特征点;图像配准;K -D 树;BBF 中图分类号:TP391 文献标识码:A 0 引言 图像拼接有着广泛的应用前景,如将多幅图像拼接成一幅图像,就要用到图像拼接技术.图像拼接中 最核心技术是图像配准.图像配准技术当前主要有基于块的配准[1,2]、比值配准法[3]、网格配准法[4]、基于 特征的配准法[5,6],每种方法各有优缺点,存在的主要问题是依据何种原则对两幅图像进行精确快速的 配准. 本文采用基于特征的配准算法对SI FT 方法提取出的特征点用最近邻算法进行配准.主要是在尺度不 变特征点(Scale I nvariance Feature Transf or m -SI FT )[7,8]的提取方法提取特征点的基础上,利用特征点的 相关几何信息实现两幅图像的配准.使得在高维空间搜索效率有较大提升.基于特征的配准法一般分为三个过程:①特征提取;②利用一组参数对特征作描述;③利用特征的参数进行特征匹配.在两幅图像中用同一种特征提取法提取出特征点,根据相似性原则对两幅图像中的特征点进行匹配. 1 SI FT 特征点提取 尺度不变特征点(Scale I nvariance Feature Transf or m 2SI FT )是由David Lowe 提出的.利用SI FT 方法从图像中提取出的特征点对图像缩放和旋转保持不变,对光线、噪声、仿射变化具有鲁棒性,特征点描述符具 有很高的独特性.研究表明[9]SI FT 方法相对其他特征点提取方法如Harris 特征点、K LT 特征点等具有优 越性.SI FT 提取过程可以分为4个步骤. 1.1 求取缩放空间中的极值点作为侯选特征点 首先对图像进行必要的预处理,接着对图像用不同的采样距离形成一个金字塔分层结构,即第一次采样时每0.5个像素进行采样,意味着将原来图像放大一倍,第一次采样的图像作为第一组的图像,然后以成倍的采样距离即1、2、4个像素再分别对图像进行采样产生第二、三、四组的图像.这样就形成了一个金字塔形状的分层结构.高斯函数如下: G (x,y,σ)=12 πσ2e -(x 2+y 2)/2σ2(1)对形成的金字塔分层结构用高斯内核函数进行滤波形成高斯金字塔分层结构,对各层图像进行高斯

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