基于多局部特征匹配的全自动图像拼接
基于SIFT特征点的图像拼接技术研究
基于SIFT特征点的图像拼接技术研究一、本文概述图像拼接技术作为计算机视觉领域的重要研究方向，旨在将多幅具有重叠区域的图像进行无缝连接，生成一幅宽视角或全景图像。
这一技术在许多领域都有着广泛的应用，如遥感图像处理、虚拟现实、全景摄影等。
近年来，随着数字图像处理技术的快速发展，基于特征点的图像拼接方法因其高效性和稳定性受到了广泛关注。
其中，尺度不变特征变换（SIFT）作为一种经典的特征提取算法，在图像拼接中发挥着重要作用。
本文旨在深入研究基于SIFT特征点的图像拼接技术，分析其基本原理、算法流程以及关键步骤，并通过实验验证其在实际应用中的效果。
文章将介绍SIFT算法的基本原理和特征提取过程，包括尺度空间的构建、关键点检测和描述子的生成等。
将详细阐述基于SIFT特征点的图像拼接流程，包括特征匹配、几何变换模型的估计、图像配准和融合等步骤。
同时，还将讨论在拼接过程中可能出现的问题和相应的解决方法。
本文将通过实验验证基于SIFT特征点的图像拼接方法的有效性。
实验中，将使用不同场景和不同类型的图像进行拼接，分析算法在不同情况下的性能表现。
还将与其他图像拼接算法进行对比，以评估SIFT算法在图像拼接中的优势和局限性。
文章将总结基于SIFT特征点的图像拼接技术的研究成果和实际应用价值，并展望未来的研究方向和发展趋势。
通过本文的研究，旨在为图像拼接技术的发展和应用提供有益的参考和借鉴。
二、SIFT算法原理尺度不变特征变换（Scale-Invariant Feature Transform，SIFT）是一种广泛应用于图像处理和计算机视觉领域的特征检测和描述算法。
SIFT算法的核心思想是在不同的尺度空间上查找关键点，并计算出关键点的方向，生成一种描述子，这个描述子不仅包含了关键点，也包含了其尺度、方向信息，使得特征具有尺度、旋转和亮度的不变性，对于视角变化、仿射变换和噪声也保持一定的稳定性。
SIFT算法主要包括四个步骤：尺度空间极值检测、关键点定位、关键点方向赋值和关键点描述子生成。
基于特征点匹配的图像拼接方法
提取 ， 则计 算 量 会 过 于 庞 大 。 为此 在 进 行 ＳＦ 提 ＩＴ 取 特 征前应 先将 彩 色图转 变为 灰度 图 ， 即采用 公式
ｆｒ ａ ｇｅＨ ｔｉ，ｔｅｅｏ ｅ ｍａ ｅｔ ｅ ｗｏｉ ｇ ｓ ｉｈｈ ｖ ｎ ｌ ｄｆ ｒｎ ｅ ｄｕ ｔ ｏｖ ｒｉ ｏ ｍ ｎ ｌ ｍａｒ ｘ ｈ ｒｆｒ ， ｋ ｈ ｔ ｍａ ｅ ｃ ａ ｅａ ｇｅ ｉｅｅ ｃ ｊｓ ｅｔ ｗｈ ｆ ａ ｔ — ｃｌ ｈ ｏｉｇｐａ ｅ ｉａｌ ， ｓｉ ｉｇａ ｊｓｅ ｗｏｉ ｇ ｓａ ｃｒ ｉｇＳ Ｆ ｎ ｒｊｃｉｎａｇ — ａ ｓ ｏ ｔ ｌｎ ．Ｆ ｎ ｌ ｍｏ ａｃ ｎ ｄｕ ｔｄｔ ｎ ｙ ｋ ｍａ ｅ ｃｏｄｎ Ｉ ａ ｄｐｏｅｔ ｌｏ Ｔ ｏ
抽样一致性去粗 算法求得 两幅图像 间的 Ｈ 矩 阵初值 ， 并运 用迭代精 炼算法求 出 Ｈ 矩阵的精确值 ， 用摄像 头预 先 利
拍摄好 的固定角度 的 图像 来得 到转换角度的 Ｈ 矩 阵， 而将 均具有 角度 差的 两幅图像调 整至垂直拍摄 的平 面， 从 最 后根据尺度 不变特征 变换 匹配算法及投影算法将调 整后 的 两幅 图像拼 接 。实验表 明， 本方 法简单 易行 ， 可降低 具 有 角度 差的两幅图像 拼接 后的边缘变形 ， 而改善拼接 质量 。 从 关键词 ： 尺度不变特征 变换 匹配算法； 图像拼 接 ； 影矩 阵； 投 投影 变形 中图分 类号 ： Ｐ ５ ． Ｔ ７ １１ 文献标识码 ： Ａ 文章编 号 ：０ ７ ２ ４ ２ １ ）１ ０ ８ —０ １ ０ —３ ６ （０ ２ ０ — ０ ７ ５
析 图像 中 的多种 不 变量 ， 从 多 方 面进 行 限制 与 筛 并 选 ， 而在选 择候 选 特征 点 时充 分 根据 配准 的需 要 进
全景图像拼接技术综述与改进
全景图像拼接技术综述与改进概述：全景图像拼接技术是指将多张相互有重叠区域的图像通过某种算法的处理，合成为一张无缝衔接的全景图像的过程。
全景图像拼接技术在虚拟现实、摄影、地理信息系统等领域具有广泛应用。
本文将对全景图像拼接技术的原理、算法以及当前的改进方法进行综述。
一、全景图像拼接技术的原理全景图像拼接技术的实现主要包含以下几个步骤：1. 特征提取与匹配：通过检测图像中的特征点，并计算特征描述子，从而实现不同图像之间的特征匹配。
2. 图像对齐：通过特征点匹配结果，确定图像之间的相对位置关系，并进行图像的配准，使得其能够对齐。
3. 图像融合：将对齐后的图像进行融合，消除拼接边缘的不连续性，实现无缝衔接的全景图像输出。
二、当前的全景图像拼接算法1. 基于特征点的算法：例如SIFT（尺度不变特征变换）和SURF（加速稳健特征）算法，通过提取图像的局部特征点，并进行匹配。
这种算法能够识别出旋转、尺度和视角变化，但对于大尺度图像的拼接效果有限。
2. 基于全局变换的算法：例如全景图像的球面投影映射（Spherical Projection Mapping）算法和全景图像的柱面投影映射（Cylindrical Projection Mapping）算法。
这些算法通过将图像映射为球面或柱面，并进行参数化变换来实现图像的拼接，能够处理大尺度图像，但在局部区域的拼接上可能存在一定的失真。
3. 基于深度学习的算法：近年来，深度学习技术在图像处理领域取得了重大突破。
通过使用深度卷积神经网络，如Pix2Pix和CycleGAN等模型，能够将拼接任务转化为图像到图像的转换问题，取得了较好的拼接效果。
三、全景图像拼接技术的改进方法1. 自动拼接线选取算法：采用自适应拼接线选取算法，根据特征点的分布和拼接图像的几何结构，自动选择合适的拼接线，减少拼接过程中的人工干预，提高拼接效率和准确性。
2. 拼接失真校正算法：解决基于全局变换的算法中局部区域存在的失真问题。
Matlab中的图像拼接方法与示例分析
Matlab中的图像拼接方法与示例分析图像拼接是数字图像处理领域中的重要任务，它能够将多张局部图像合并为一张完整的图像。
Matlab作为一种强大的工具，提供了多种图像拼接方法，本文将介绍其中常用的方法，并通过具体的示例分析其优劣和适用场景。
一、基于特征点匹配的图像拼接方法特征点匹配是一种常用且有效的图像拼接方法，它通过在图像中提取出稳定且唯一的特征点，然后根据这些特征点之间的相对位置关系进行图像的拼接。
在Matlab中，可以使用SIFT（尺度不变特征变换）算法来提取图像的特征点，然后使用RANSAC（随机一致性采样）算法对特征点进行匹配，并通过Harris角点检测算法来筛选出最佳的匹配点。
示例：将两张风景照片拼接成一张全景照片。
首先，使用SIFT算法提取两张照片的特征点，然后使用RANSAC算法对特征点进行匹配。
接着，通过Harris角点检测算法筛选出最佳的匹配点，并根据匹配点计算出图像间的转换矩阵。
最后，使用Matlab中的imwarp函数对图像进行变换，并使用imfuse函数将两张图像拼接在一起，得到最终的全景照片。
二、基于图像重叠区域的无缝拼接方法无缝拼接是指在图像拼接过程中，将多张图像合成为一张时，保持图像之间的连续性和平滑性，使得拼接后的图像看起来像是一张完整的图像。
在Matlab中，可以使用图像重叠区域的像素平均值或像素加权平均值来实现无缝拼接。
这种方法能够减少拼接过程中产生的明显拼接痕迹，使得拼接后的图像具有更好的视觉效果。
示例：将多张卫星图像拼接成一张地图。
首先，读入多张卫星图像，并确定它们之间的重叠区域。
然后，通过像素平均值或像素加权平均值来实现无缝拼接。
最后，使用Matlab中的imshow函数显示拼接后的地图图像。
三、基于图像内容的自动拼接方法自动拼接方法是指针对无法通过特征点匹配或像素平均值等方式进行拼接的图像，通过分析图像内容来实现图像的自动拼接。
在Matlab中，可以使用深度学习模型（如卷积神经网络）来对图像进行内容分析和特征提取，并根据提取的特征对图像进行拼接。
基于特征相关的图像配准与拼接算法研究
８ ８・
科
韩 禹 王 港
（ 河北工业大学 控 制科 学与工程学院 ， 天津 ３ ０ ０ １ ３ ０ ） 摘 要： 图像 拼接技 术现在应 用的范围已经愈加广泛 ， 无论在计 算机视 觉 ， 三维重建 ， 医学图像 处理 ， 全景建设等领域都得 到了广泛 应用。 作为图像 处理领域的一门科学 ， 已经受到越 来越 多的重视。 本文对图像拼接的基本原理进行说 明介绍 ， 同时介绍一些基本的拼接 算 法， 主要是基于特征点的研究。并且对 图像拼接 未来的发展进行一个展望。 关键词 ： 图像 拼 接 ； 图像 配 准 ； 图像 融 合 １图像预处理
法 — — 几 何 校正 。 出现畸变后 ， 我们需要校正 。几何校正的一般思路是 以一 幅没
有失真的图像为准， 对 它的各个像素点进行分析 ， 建立一个模型。 然 后对失真图像的像素点 的数据信息和标 准的图像进行 比较 ， 找出两 者之间的关系 ， 然后进行校 正。我们最终 目的是为了找到校正后图 像 中每个像素的亮度值 。 具体操作为 ： ①对图像像素进行坐标变换 ， 找到一种数学关系 ， 建立图像像素点坐标和参考图对应点坐标 间的 图 １得到的角点提取 图像 关系， 根据这 一数 学关系校正所选 的图像各个控制点 的坐标 ， 即在 提取角点之后 ， 下一步是将这些角点进行 匹配 ， 找到相似的点。 图像 的行上逐点计算 出校正后每个控 制点 所对应的原始 图像 的位 我们使用 Ｎ Ｃ Ｃ最大相关法 的算法来完成 。 置。 ② 计算灰度 内插用 ｘ ， ｙ ） 表示几何基 准图像的坐标 系 ， 用ｇ （ ｘ ’ ， ３ 图像 融 合 在完成预处理和配准的准备工作之后 ， 将要融合图像 。通 过前 Ｙ ’ ） 表示校正后 的图像坐标系 ， 设两个 图像坐标系之间关系如下 ： ｙ ｈ ２ （ ｘ ， ｙ ） 面对 图像的预处理 以及配准 ， 两张 图片重合的部分可 以匹配的特征 以及相关的信息都 已获取 ，下面就是要将两 张图的重合部分融合 ， ｈ ｉ （ ｘ ， ｙ ） ＝ ∑ ∑ａ ｉ ｊ ｘ ｉ ｙ ￣ 变为一张图片。这张新的图片将集 合两张 图共有 的场景 ， 并且具有 较 高的清晰度。 为此 ， 我们需要合适正确的算 法。 下面介绍两种常用 的图像融合方法 。 ｈ （ ｘ ＇ ｙ ） ＝ ∑ ∑ｂ ｉ ｊ ｘ ｌ ｙ ￣ ３ ． １加权平 均法 。加权平均法 是对重合 区域 的像 素值进行 加 如果假设基 准图像为 ｆ （ ｘ ， ｙ ） ， 失真图像为 ｇ （ ｘ ’ ， Ｙ ’ ） 对 于同一控 权， 之后进行叠加平均 。这种方法 和平均值法比较接近。 制点它的灰度不变 ， 则有如下关系 ｆ （ ｘ ， ｙ ） ＝ ｇ （ ｘ ’ ， Ｙ ’ ） Ⅲ 。 ３ ． ２欧 氏距离法 。由于一幅图像 中的每个 像素的权重不 同， 它 ２ 图像 配 准 与到图像边沿 的距离成正 比 ， 离重叠 区域越近 ， 像素点 的光 强贡献 经过预处理之后 ， 图像可以开始进行 配准 。每 张图片都有其与 应该越大。 因此 ， 欧 氏距离法就是要计算 出距离 ， 来辨别出不同的像 众不 同的特征 ， 正确选取特征是完成好此项工作的前提 。选择特征 素点 ， 将不 同的权重分配给各个像素。融 合算 法中计算距离映射 ｄ 要遵循明显 ， 易于操作 的特征 。因此 ， 我们要选择 的特征就是角点 ， （ Ｘ ， Ｙ ） ， 利用块距离和欧式距 离 ， 计算 到最近 的透 明点或边 的距离 。 角点是指图像 中明显不 同的两种图案交界处 的点 ， 角点 的周 围有 明 融合变形 图像 的公式为 ： 显变化和差异的特征 。 角点是指沿 图像边缘曲线上 的曲率局部极大 值点 ， 或 者在一定条件下可 以放宽为 曲率大于一定 阈值 的点 。也就 ｃ ｃ ｘ ， ｙ ） ＿ 是说 ，角点是指图像上在二维空 间内灰度 和边 缘方向变化剧烈 的 ４ 图像 拼 接 缝 的 消 除 点， 和周围的邻点有着明显差异 。如 图 １ ， 水杯 ， 水笔 ， 键盘 ， 桌 面之 但 由于各种原 因及客观条件 的限制 ， 在某些情 况下 ， 当拍摄 照 间的交界处都是角点。本文所说 的角点主要指 Ｈａ ｒ ｒ ｉ ｓ 角点 ， 下面对 明的环境条件 不好 的下 ， 两 幅图像 的一些属性会发生改变 ， 如果不 Ｈ ａ ｒ ｒ ｉ ｓ 算子 的原 理做 一个简单 的介绍 ， Ｈ ａ ｒ ｒ ｉ ｓ 角 点检 测算法 只涉 及 做理会而强行 拼接的话 ， 会使拼 接位置上产生明显的拼接缝 ， 甚 至 到图像 的一阶导数 ， 首先定义矩 阵 Ｍ： 出现模糊失真的情况 。 这样的话我们很难说拼接获得了成功 。因此
基于特征的图像拼接融合技术的研究与实现
２图像配准后处理
图像 配准后处理包括 图像亮度调整 、 图像融合、 融合鬼影消 除。
在实 际拍摄过程 中会 因光源、 曝光、 拍摄角度 ， 不同照片亮度存在 一 Ｔ Ｊ， ／ … 一、 ｆ Ｔ 定的差异 ， 亮度调整最简单的方法是根据图像 亮度值的比例模型进 值， 则 以窗 口中心点作 为角 点， 公式为 Ｅ（ ｕ， ｖ） ＝厶 ’Ｙ 行调 整 ， 简单快速 。 图像融合方法包括直接平均法 、 加权平均法 、 距 （ ｘ十 ｕ， ｙ十 Ｖ） Ｉ（ ｘ， ｙ 其 中Ｗ（ ｕ， ｙ ） 为图像 窗 口， 平移（ ｕ ， ｖ ） 表示 离权 重法 、 对 比度调整法等 ， 从整体上看 ， 距离权重法效果较好 ， 实 水平 、 垂直 、 对角线与反对角线 四个方 向， 计算速度快 ， 其对强边界 测几乎看不到拼接痕迹 ， 实现无缝拼接 。 当处理运动场景时 ， 拼接图 非常敏感 。 基于不变量 的图像配准方法较复杂 ， 主要包￣Ｓ Ｉ Ｆ Ｔ 算法、 像存在运动物体， 采用距 离权重法融合物体会出现相互重叠在一起
关键词 ： 图 像 拼接 融合技术 特征 全景 中图分类号： Ｔ Ｐ ３ ９ １ 文献标识 码： Ａ
文章编 号： １ ０ ０ ７ — ９ ４ １ ６ （ ２ ０ １ ６ ） ｌ １ 一 Ｏ １ １ ６ － ０ １
图像拼 接融 合是 指将具有重合部分 的图片拼接为一张宽场景 理论上不存在误 差。 在 图像多次拼接过程 中， 需要 消除多幅图拼 接 无缝 的图像 片技术 ， 被广泛用于天文 、 海底勘测 、 气象预报 、 虚拟现 累 积 误 差 ， 需 采 用 全局 匹配 法 纠 正误 差 ， 方法 主 要 包 括 多 帧 调整 技 实、 数码相机等领域。 基于特征 的图像配准是 图像拼接的重要组成 术、 线性方程 、 基 于对 应点多帧调整 、 逐步扩大拼接法 ， 将图像投影 到柱 面 图像 坐标 系再进 行配 准 便是 一种 逐步 扩大 全 局 匹配法 ， 散需 要 部分 ， 本次研究试就该领域研究进行概述 ， 并尝试构建相关的算法 。
基于特征点匹配的图像配准与融合算法
基于特征点匹配的图像配准与融合算法作者：杨小青来源：《电脑知识与技术》2020年第34期摘要：图像重建技术是图像处理领域中的重要环节，将不同视角下的多重图像重建为高清完整全方位目标像需要进行图像配准、拼接以及融合，以最大限度保留原场景的完整性。
本文主要研究在拼接过程中的图像配准和融合算法，应用SIFT算法查找确定特征点、特征向量进行特征匹配，采用RANSAC算法直线拟合优化重叠区域较多的目标图像，同时对连接缝进行平滑处理，以人工湖图像拼接验证，算法实现良好融合效果。
关键词：图像拼接;SIFT算法;RANSAC算法;图像融合中图分类号： TP18 文献标识码：A文章编号：1009-3044（2020）34-0198-02在图像处理领域，将不同视角下的多重图像重建为全方位目标像是一个重要研究内容，要对不同目标像依次进行配准、融合，以最大限度保留原场景完整性，获得全视野图像。
图像重建[1]技术对多种行业发展起到重要作用，对图像拼接融合技术研究具有应用价值。
本文主要研究在拼接过程中的图像配准的算法以及图像拼接和融合的算法，主要应用尺度不变特征转换SIFT（Scale Invariant Feature Transform）算法[2]查找确定特征点、特征向量进行图像之间特征点匹配，以及随机抽样一致性RANSAC（Random Sample Consensus）算法[3]对重合区域较多的不同目标像进行直线拟合，消除无关点，精简高效实现图像配准与拼接。
1图像特征向量提取图像配准是将不同时间、视角、拍摄环境下获取到的两幅甚至多幅图像进行叠加、去重、匹配等过程处理，以得到单一目标像。
在图像数据信息中，特征点保留了图像关键信息，通过扫描搜索，根据特征性质查找提取待拼接图像的特征点，生成特征向量表，对比待匹配图像之间的特征集合，对提取的关键信息进行特征处理，同时借鉴其他信息符号，有利于提高算法匹配速度和效果，适用范围较广，增强了匹配准确性。
基于模板匹配的全景图像拼接
２００８年第４期福建电脑基于模板匹配的全景图像拼接王诚１，李琳２（１．湖北美术学院公共课部湖北武汉４３００６１２．武汉科技大学计算机学院湖北武汉４３００６１）【摘要】：图像拼接在制作全景图中具有重要的作用。
本文提出了一种很健壮的区域模板，它采用Ｍｏｒａｖｅｃ算子定位出特征物体区域，并在次区域上构建基准模板，有效地提高了匹配的可靠性。
在模板匹配中采用加权相似性度量的方法，该方法提高了相似性度量的可靠性。
另外，通过采用一种融合的拼接算法，得到了较平滑的全景图像。
试验结果证实了算法的有效性。
【关键词】：全景图；图像拼接；Ｍｏｒａｖｅｃ算子；特征模板１．引言相邻图像的配准及拼接是全景图生成技术的关键，有关图像配准技术的研究至今已有很长的历史，其主要的方法有以下两种：基于两幅图像的亮度差最小的方法和基于特征的方法。
本文采用基于特征模板匹配特征点的拼接方法。
该方法允许待拼接的图像有一定的倾斜和变形，克服了获取图像时轴心必须一致的问题，同时允许相邻图像之间有一定色差。
试验证明采用该方法进行全景图拼接有较好的效果。
全景图的拼接主要包括以下４个步骤［１］：图像的预拼接，即确定两幅相邻图像重合的较精确位置，为特征点的搜索奠定基础。
特征点的提取，即在基本重合位置确定后，找到待匹配的特征点。
图像矩阵变换及拼接，即根据匹配点建立图像的变换矩阵并实现图像的拼接。
最后是图像的平滑处理。
２．基于特征模板匹配的图像拼接２．１基本原理对于待拼接的两幅图像，在第二幅图像的左侧选取一定大小的模板矩阵（一般为５×５到２１×２１个像素），在第一幅图的右侧搜索找到与其相关性最大的模板矩阵，然后计算出两幅图像重叠的位置。
通过坐标映射，最终实现拼接。
２．２Ｍｏｒａｖｅｃ选取特征模板采用Ｍｏｒａｖｅｃ算子进行特征区域提取的依据是对于一个模板窗口计算其Ｘ方向、Ｙ方向及正负４５度方向的最小灰度方差值，并与预先设定的阈值进行比较。
对于彩色图像可以采用将图像转化为灰度图来处理。
基于特征点匹配的图像拼接技术研究
基于特征点匹配的图像拼接技术研究近年来，随着数字图像技术的飞速发展，图像处理领域的研究也日益深入。
其中，图像拼接技术一直是一个备受关注的热门话题。
图像拼接可以将多幅图像拼接成一张更大的图像，拼接后的图像可以展示更多的内容并且视觉效果更为统一，从而增强了图像的表现力。
本文将探讨基于特征点匹配的图像拼接技术的研究。
一、图像拼接的基本原理在进行图像拼接之前，需要先获取需要拼接的图像。
另外，在进行图像拼接的过程中，需要选定某个图像作为拼接的基准图像，然后将其他的图像与该基准图像进行拼接。
图像拼接的基本原理就是通过将各个小图像匹配并拼接成一个大图像，来实现图像的放大或者拼凑的需求。
拼接过程中，需要考虑如下几个要素：1. 特征匹配：在进行图像拼接之前，需要对各个小图像之间的特征点进行匹配。
特征点包括颜色、形状、对比度等等信息。
2. 图像转换：在匹配特征点之后，需要将各个小图像进行矩阵变换，从而实现小图像和基准图像的空间匹配。
3. 拼接处理：将各个小图像拼接到基准图像上，并对其进行处理，排除几何变换带来的差异，保持整个大图像的平衡和完整性。
二、基于特征点匹配的图像拼接技术特征点指的是图像中比较明显的一些关键角点，相比于普通像素点，特征点能更加准确地代表图像的特征和结构。
因此，选取和匹配特征点是实现图像拼接的重要环节之一。
基于特征点匹配的图像拼接技术是一种比较高效和准确的图像拼接方法。
主要基于下列步骤进行：1. 特征提取：对需要拼接的图像进行特征点的提取和描述。
特征点提取算法包括SIFT，SURF，FAST等常用算法。
2. 特征匹配：利用特征点描述子进行匹配，分为粗匹配和精确匹配两个阶段。
粗匹配时使用肯定匹配匹配，接着使用RANSAC算法筛选出符合条件的匹配点，并通过最小均值误差法计算变换矩阵。
3. 图像转换：在完成特征点匹配后，根据匹配点之间的关系，计算变换矩阵，并将需要拼接的图像根据变换矩阵进行变换，使各个小图像与大图像空间位置对应。
基于多尺度分析的图像拼接技术研究
基于多尺度分析的图像拼接技术研究随着科技的不断发展，图像处理技术已经得到了广泛应用，并在许多领域中发挥着重要作用。
其中，图像拼接技术是目前最为热门和前沿的研究方向之一。
本文将介绍一种基于多尺度分析的图像拼接技术，并探讨它的应用前景。
一、图像拼接技术的研究意义图像拼接技术是指将多张图像拼接成一张大图，从而扩大图像的视野范围和数据量，增强信息的获取和分析能力，为科学研究和工程应用提供更精确的数据基础。
例如，医学影像领域中，医生需要将多张扫描图像拼接在一起，以便更好地观察和诊断病情；地球科学领域中，研究人员需要将多张遥感图像拼接在一起，以便更好地进行地形地貌分析和环境监测。
二、多尺度分析的图像拼接技术原理传统的图像拼接技术主要采用局部匹配和全局优化的方法，但其存在缺陷，如过度拟合、边缘处理不当等问题。
为此，近年来研究人员提出了一种基于多尺度分析的图像拼接技术，其基本原理如下：首先，将原始图像进行尺度变换，使其从宏观到微观逐渐减小，形成多层图像金字塔。
然后，选取两幅邻近图像，将它们的局部特征点进行提取和匹配，得到初始变换矩阵。
接下来，在多尺度图像金字塔中，从粗到细依次计算每一层图像的全局变换矩阵，并将其与前一层图像的变换结果进行联合优化，得到最终的拼接结果。
三、多尺度分析的图像拼接技术应用前景多尺度分析的图像拼接技术具有高效、可靠、准确等优点，已经在许多领域中得到广泛应用。
例如：1.医学影像领域：将多张CT或MRI图像拼接在一起，可以更好地显示病变区域和解剖结构，有助于医生进行诊断和手术规划。
2.地球科学领域：将多张遥感图像拼接在一起，可以获得更高精度的地图和地形地貌信息，有助于研究地球物理学和环境保护。
3.文化遗产保护：将多张文物图片拼接在一起，可以还原出完整的文物形态和历史背景，有助于文物保护和研究工作。
总之，多尺度分析的图像拼接技术是一种非常重要的技术手段，其应用前景广阔，对于推动科技进步和人类社会发展具有重要意义。
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ＭＳＥＲ是具有不规则形状和大小的仿射不变特征区域，为 了在后续的匹配中用ｓＩＦｒ描述子对其进行描述，需要对其进行 标准化。这里采用区域仿射不变椭圆拟合的方法一。计算ＭＳＥＲ 的椭圆度量区域，并将其归一化到单位圆，然后用ＳＩＦＴ检测子 中求解特征主方向的方法计算单位圆主方向，并将所有的圆旋 转至同一方向。其中圆心为ＭＳＥＲ区域的质心，代表其位置。
将ＤｏＧ空间中２６邻域（上下尺度各９，本尺度８）的极值点
作为候选点，并在候选点处泰勒展开，得：
Ｄ（ｘ）：Ｄ＋氅＋÷ｘｒ磐。
（４）
其中ｘ＝（ｘ，ｙ，圹）７。由此解得特征点位置和尺度的精确坐标：
Ｘ‘＝一＝—一ａ—ｘ‘等—·ｒ‘警ｄ一ｘ
㈥‘），
对该处的ＤｏＧ函数Ｄ（ｉ）进行阈值限定，以消除对比度较
低的不稳定点；再构造特征点周围高斯差分图像的Ｈｅｓｓｉａｎ矩
本文讨论用普通数码相机或手机等手持设备拍摄的图片的 图像拼接问题。使用手持设备进行拍摄的特点是随意性强，所 拍摄场景的内容多变，相机间的运动关系复杂。另外，由于曝光
万方数据
条件多变导致所拍摄图像间的色彩偏差大，而且，受噪声干扰等 因素的影响，图像质量一般不高。要在上述拍摄条件下得到性 能稳定、操作简单和运行快速的图像拼接效果，对图像拼接系统 提出了很高的要求：
第２７卷第１０期 ２０１０年１０月
计算机应用与软件
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｓｏｆｔｗａｒｅ
ＶｏＬ ２７ Ｎｏ．１０ Ｏｃｔ．２０１０
基于多局部特征匹配的全自动图像拼接
严磊 汪增福
（中国科学技术大学自动化系安徽合肥２３００２７）
摘要 针对数码相机或手机等手持拍摄装置拍摄的图像。提出了一种基于ＳＩＦＴ和ＭＳＥＲ互补不变特征的全自动图像拼接算法 并进行了系统实现。算法将ＭＳＥＲ检测子推广到高斯尺度空间，增强了其对尺度变化的适应性，并与ＳＩＦＴ检测子相结合，发挥二者 在图像中空间分布上的互补性，从图像中获取更为丰富的特征，使图像间的配准更为稳健。对于存在匹配关系的多幅图像，提出了 一种简单而有效的光度差异调整方法，使生成的全景图像效果更为自然。最后实验验证了该系统的有效性和实用性。
关键词
图像拼接 图像配准ｓＩＦｒ特征ＭＳＥＲ特征 光度差异调整
ＡＮ ＡＵＴｏＭＡＴＩＣ ＩＭＡＧＥ ＳＴＩＴＣＨＩＮＧ ＡＰＰＲＯＡＣＨ ＢＡＳＥＤ ｏＮ ＭＵＬＴＩＰＬＥ ＬＯＣＡＬ ＦＥＡＴＵＲＥＳ ＭＡＴＣＨＩＮＧ
Ｙａｎ Ｌｅｉ Ｗａｎｇ Ｚｅｎｇｆｕ （Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆＣｈｉｎａ，Ｈｅｆｅｉ ２３００２７，Ａｎｈｕｉ，Ｃｈｉｎａ）
图像拼接主要包括图像配准和图像融合两个关键环节。其 中图像配准是基础，其目标是找出存在重叠区域的两幅或多幅 图像之间的变换关系；图像融合用于消除由于几何校正、动态场 景或光照变化引起的相邻图像间亮度和色彩不连续的问题，将 经过匹配确定出重叠区域的相邻图像合并为一幅无缝图像。关 于图像拼接的方法国内外己有不少论文发表，按照其配准的方 法，大致可分为直接像素亮度差优化的方法、基于区域匹配的方 法、基于变换域的方法和基于特征匹配的方法。目前研究重点 在于拼接的自动性、拼接速度、拼接系统的适应性和融合的质量 上；热点集中于寻找更有效的用于配准的特征检测和描述的方 法冲’“，对更复杂的摄像机模型（如径向畸变、摄像机移动、场景 运动、大的曝光差异及高动态范围）的处理等。
（１）稳健的图像配准。在图像间存在仿射变换、视角变化、 亮度变化及一定的噪声干扰情况下，能对重叠区域不大的图像 进行配准。
（２）能处理多张空间关系不明确的无序图像。 （３）融合效果自然，尽量消除鬼影和接缝。 （４）拼接过程全自动，并能在町接受的时间内完成。 目前，已有许多商业的全景图像拼接软件，如Ａｕｔｏｐａｎｏ、 Ｐａｎｏｒａｍａ Ｆａｃｔｏｒｙ和Ｐａｎｏｒａｍａ Ｍａｋｅｒ等。但除了基于ＳＩｆＴｒ算法 的Ａｕｔｏｐａｎｏ外，其余软件对图像间存在旋转、尺度缩放、仿射变 换的情形均难以处理，且需要人工调整，提高了应用的门槛。而 Ａｕｔｏｐａｎｏ在全自动处理时，也存在对图像重叠区域较小、场景特 征较少的情形难以配准以及对亮度及色彩差异大的多幅图片调 整能力不理想的缺点。针对以上问题，本文提出了一种基于多 种局部特征的图像配准方法和一种对多图像光度差异进行自动 调整的方法，并通过实验验证了方法的有效性。
１．１尺度空间
尺度空间理论考虑了图像各结构在多尺度中的演化，其目
的是模拟图像数据的多尺度特征。文献［３］研究表明高斯核是
实现尺度变换的唯一线性核，二维图像ｌ（ｘ，Ｙ）的尺度空间Ｌ（ｘ，
ｙ，矿）定义为高斯核与其灰度的卷积：
Ｌ（ｘ，，，，盯）＝Ｇ（ｘ，，，盯）＝．１．－．－Ｌ。ｅ一‘五＋ｙ２’脚
ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ，ａ ｓｉｍｐｌｅ ｂｕｔ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｐｈｏｔｏｍｅｔｒｉｃ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｉｓ ｆｕｒｔｈｅｒ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｏ ｇｅｎｅｒａｔｅ ｔｈｅ ｐａｎｏｒａｍｉｃ ｉｍａｇｅ ｏｆ ａｓｃｅｎｅ ｗｉｔｈ ｍｏｒｅ ｎａｔｕｒａｌ ｅｆｆｅｃｔ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｖｅｒｉｆｙ ｔｈｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｔ ｌａｓｔ．
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｉｎ ｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｉｍａｇｅｓ ｓｈｏｔ ｂｙ ｈａｎｄｈｅｌｄ ｐｉｃｔｕｒｅ－ｔａｋｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｄｉｓｔａｌ ｃａｍｅｒａ ｏｒ ｃｅｌｌｐｈｏｎｅ，ｅｔｃ．，ａｎ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｉｍａｇｅ
ｓｔｉｔｃｈｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＳＩＦＴ ａｎｄ ＭＳＥＲ ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔｉｎｇ ｉｎｖａｒｉａｎｔ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｅａｃｈ ｏｔｈｅｒ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｒｅａｌｉｓｅｄ．Ｉｔ ｇｅｎｅｒａｌｉｓｅｓ ｔｈｅ ＭＳＥＲ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｔｏ Ｇａｕｓｓｉａｎ ｓｃａｌｅ·ｓｐａｃｅ ｔｏ ｈａｖｅ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｉｔｓ ａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙ ｔｏ ｓｃａｌｅ ｔｈａｎ·
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ
Ｉｍａｇｅ ｓｔｉｔｃｈｉｎｇ Ｉｍａｇｅ ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ ＳＩＦｒ ｆｅａｔｕｒｅ ＭＳＥＲ ｆｅａｔｕｒｅ Ｐｈｏｔｏｍｅｔｒｉｃ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ａ由ｕｓｔｍｅｎｔ
．
０引 言
图像拼接技术就是将具有重叠区域的多幅图像拼成一幅具 有更大视野范围图像的技术。其广泛应用于遥感图像处理、医 学图像处理、虚拟现实、视频压缩和传输、物体３Ｄ重建等领域， 是当前计算机视觉及图像处理领域研究的热点。
ｇｅｓ，ａｎｄ ｂｙ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ＳＩＦＴ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｔｏ ａｌｌｏｗ ｔｈｅ ｆｕｌｌ ｐｌａｙ ｏｆ ｔｗｏ ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ’ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｉｎ ｓｐａｔｉａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｉｍａｇｅｓ，ｔｈｅ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ａｃｑｕｉｒｅｓ ｒｉｃｈｅｒ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｆｒｏｍ ｉｍａｇｅｓ ａｎｄ ｍａｋｅｓ ｔｈｅ ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｉｍａｇｅｓ ｍｏｒｅ ｒｏｂｕｓｔ．Ｆｏｒ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｉｍａｇｅｓ ｗｉｔｈ ｍａｔｃｈｉｎｇ
（２）
‘丌（ｒ
其中Ｇ（茗，Ｙ，盯）是尺度可变高斯函数，盯是尺度坐标。 １．２ ＳⅢＴ检测子
ＳＩＦＴ特征点是图像高斯差分空间（ＤｏＧ）中的极值点，由于
性能优异，在宽基线图像配准方面取得了成功的应用＂Ｊ。
ＤｏＧ空间由不同尺度的高斯核滤波之差构成：
Ｄ（算，ｙ，盯）＝Ｌ（ｘ，Ｙ，后盯）一Ｌ（ｘ，，，，矿）
（３）
（６） ０（ｘ，Ｙ）＝ ｔａｎ一｛［￡（茹，，，＋１）一Ｌ（ｘ，Ｙ—１）］／［Ｌ（ｘ＋ｌ，Ｙ）一Ｌ（菇一ｌ，Ｙ）］｝
（７）
１．３ ＭＳＥＲ检测子
在众多仿射不变特征区域中，ＭＳＥＲ在多数情况下具有最 佳性能¨Ｊ。其基本原理是：对一幅灰度图像，从０—２５５分别取 阈值，将大于阚值的点设为ｌ，小于阈值的点设为０，从而得到 ２５６幅阈值分割的二值图像，通过前后相邻阈值图像间区域比 较，得出区域面积关于阈值变化的关系。最后选取当区域面积 的变化相对于阈值的变化小于某个阈值时所检测出的区域为最 大稳定极值区域（ＭＳＥＲ）。这样得到的区域集合在一个宽泛的 几何、光照变换下是不变的。
收稿日期：２００９—０４—２８。国家自然科学基金项目（６０８７５０２６）。严 磊，硕士，主研领域：图像处理，计算机视觉。
６
计算机应用与软件
２０１０年
ｌ基于多种局部特征匹配的图像拼接算法
在图像配准方面，采用基于局部特征的方法。具体言之，提 出了一种尺度不变特征检测子ＳＩＦＴ（ＳｃＭｅ Ｉｎｖａｒｉａｎｔ Ｆｅａｔｕｍ Ｔｒａｎｓｆｏｒｉｌｌ）¨。和最大稳定极值区域检测子ＭＳＥＲ（Ｍａｘｉｍａｌｌｙ Ｓｍ－ ｂｌｅ Ｅｘｔｅｒｎａｌ Ｒｅ，ｏｎ）［５１相结合的特征检测策略，利用二者在图 像存在旋转、尺度缩放、仿射变换、视角变化、亮度变化等复杂情 形下表现出来的某种不变性和其在图像中的分布上存在的互补 性，从图像中获取为后续实现图像间的稳健配准所需要的图像 特征。这里，采用ＳＩＦＴ描述子¨。对所检测到的ｓｗｒ特征和 ＭＳＥＲ特征进行描述，生成用于配准的特征向量。为了确定不 同图像中的特征向量间的匹配关系，计算待匹配特征向量和与 之最近邻及次近邻的特征向量之间的欧氏距离，并用其比值进 行阚值判定。此过程使用ＢＢＦ（Ｂｅｓｔ－Ｂｉｎ—Ｆｉ鹅ｔ）算法＂ｏ来加速， 并对ＳＩＦＴ特征和ＭＳＥＲ特征分别进行。此外，采用ＲＡＮＳＡＣ （Ｒａｎｄｏｍ Ｓａｍｐｌｅ Ｃｏｎｓｅｎｓｕｓ）方法Ｈｊ。剔除图像初匹配中的外点， 求解两幅图像间的透视变换矩阵Ｈ，并用基于概率论的方法卜１ 判定两幅图像是否匹配。