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，

医学图像配准

《数字医学图像》报告 内容：图像配准专题 专业： 2012级信息管理与信息系统班级：信管一班 小组成员： 20120701020 韩望欣 20120701008 毕卓帅 20120701005 胡庆 指导老师：彭瑜 完成日期： 2015 年 10月 25日

图像配准专题 简介：图像配准是对取自不同时间，不同传感器或不同视角的同一场景的两幅图像或者多幅图像匹配的过程。图像配准广泛用于多模态图像分析，是医学图像处理的一个重要分支，也是遥感图像处理，目标识别，图像重建，机器人视觉等领域中的关键技术之一，也是图像融合中要预处理的问题，待融合图像之间往往存在偏移、旋转、比例等空间变换关系，图像配准就是将这些图像变换到同一坐标系下，以供融合使用。 一：图像配准方法国内外进展情况 图像配准最早在美国七十年代的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,并得到军方的大力支持与赞助。经过长达二十多年的研究,最终成功地用于中程导弹及战斧式巡航导弹上,使其弹着点平均圆误差半径不超过十几米,从而大大提高了导弹的命中率。八十年代后,在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,从而使得在某领域的配准技术很容易移植到其它相关领域。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。 二、图像配准在医学领域的应用 20世纪以来随着计算机技术的不断发展,医学成像技术得到了快速的发展。尖端的新型医疗影像设备层出不穷,如计算机线摄影、数字减影等等,这些已经成为现代医学诊断必不可少的医学数字成像手段。由于这些医学数字成像设备有不同的灵敏度和分辨率,它们有各自的使用范围和局限性。多种模式图像的结合能充分利用图像自身的特点并做到信息互补。近几十年以来,图像配准在医学上的应用日益受到医学界和工程界的重视,己在世界范围广泛展开,在相关文献中己经提出了很多种医学图像配准的方法,这些研究成果广泛地运用到医学领域中。图像配准在医学中的应用领域主要有以下几方面: ?组织切片图像的处理与显微结构三维重建 ?疾病诊断及其发展和消退的过程检测 ?神经外科手术可视化、神经外科手术一计划及术前评估 ?感觉运动和认知过程的神经功能解剖学研究 ?神经解剖变异性的形态测量分析学 ?放射治疗和立体定向放射外科治疗计划 三、图像配准的定义 对于二维图像配准可定义为两幅图像在空间和灰度上的映射，如果给定尺寸的二维矩阵F 1和F2代表两幅图像F1（X，Y）和F2（X，Y）分别表示相应位置（X，Y）上的灰度值。则图像间的映射可表示为：F （X，Y）=G（F （H（X，Y））），式中H表示一个二维空间坐标变换，即（X’，Y’）=H（X，Y），且G是一维灰度变换。 四、图像配准方法的分类 1、维数 主要是根据待配准图像的空间维数及时间维数来划分的。图像仅含空间维数或者是图像的时间序列中带有空间数，其配准可根据图像的空间维数分2D/2D，2D/3D，3D/3D，4D/4D

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.

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

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

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

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。

地的总结图像配准算法

图像配准定义为：对从不同传感器、不同时相、不同角度所获得的两幅或多幅图像进行最佳匹配的处理过程[2]。图像配准需要分析各分量图像上的几何畸变，然后采用一种几何变换将图像归化到统一的坐标系统中。在配准过程中，通常取其中的一幅图像作为配准的标准，称之为参考图像；另一幅图像作为配准图像。 图1-1 图像配准的基本流程 图1-2 图像配准方法分类

根据配准使用的特征，图像配准的方法大致可分为三类： (1)基于图像灰度的配准算法。首先从参考图像中提取目标区作为配准的模板，然后用该模板在待配准图像中滑动，通过相似性度量(如相关系数法、差的平方和法、差的绝对值法、协方差法)来寻找最佳匹配点。 (2)基于图像特征的配准算法。该算法是以图像中某些显著特征(点、线、区域)为配准基元，算法过程分为两步：特征提取和特征匹配。首先从两幅图像中提取灰度变化明显的点、线、区域等特征形成特征集。然后在两幅图像对应的特征集中利用特征匹配算法尽可能地将存在对应关系的特征对选择出来。对于非特征像素点利用插值等方法作处理推算出对应匹配关系，从而实现两幅图像之间逐像素的配准。 (3)基于对图像的理解和解释的配准算法。这种配准算法不仅能自动识别相应像点，而且还可以由计算机自动识别各种目标的性质和相互关系，具有极高的可靠性和精度。这种基于理解和解释的图像配准涉及到诸如计算机视觉、模式识别、人工智能等许多领域。不仅依赖于这些领域中理论上的突破，而且有待于高速度并行处理计算机的研制。 从自动化角度来看，可以将配准过程分为自动、半自动和手动配准。 存在问题：如何提高图像的配准速度将是大范围遥感图像自动配准问题的要点；选取何种自动配准方案以保证图像的配准精度将是大范围遥感图像自动配准问题的另一要点。 2(,)[1((, f x y g f h x y 其中，h表示二维空间坐标变换。g表示灰度或辐射变换，描述因传感器类型的不同以及成像时气候等环境的影响所带来的图像灰度的变换。配准问题的实质就是要找到最优的空域变换h和灰度变换g，使得上述的等式成立，从而找到配准变换的参数 特征空间的选择通常要考虑以下几个因素：相似性；空间分布；唯一性。 在自动图像配准中对特征的理解可以分为两类。(1)基于灰度的方法：基于灰度的方法将重点放在特征匹配上，在其过程中并没有真正提取特征。一般所说的模板匹配法就是这种方法的代表。这种方法实际上将图像的灰度分布直接作为特征而构成匹配的基础。(2)基于特征的方法：基于特征的方法需要在图像中提取显著的特征：区域(森林、湖泊、农田等)、线(区域的边界、道路等)和点(区域的角

图像匹配的主要方法分析

图像匹配的主要方法分析 在我国的图像处理中，有很多的关键技术正在不断的发展和创新之中。这些相关技术的发展在很大程度上推动了我国图像处理事业的发展。作为图像处理过程中的关键技术，图像匹配技术正在受到越来越多的关注。文章针对图像匹配的主要方法进行详细的论述，希望通过文章的阐述和分析能够为我国的图像匹配技术的发展和创新贡献微薄力量，同时也为我国图像处理技术的发展贡献力量。 标签：图像处理；图像匹配；特征匹配；方法 在我国的图像处理技术中，图像的匹配技术不仅仅是其中的重要组成部分，同时还是很多图像技术的发展创新的技术基础。例如图像技术中的立体视觉技术；图像技术中的运动分析技术以及图像技术中的数据融合技术等。通过上述内容可以看出，在我国的图像技术中，图像匹配技术具有非常广泛的应用。随着我国的相关技术不断的创新和发展，对于图像匹配技术的要求也是越来越高。这样就要求我国的图像匹配技术有更深层次的研究和发展。我国现阶段的研究主要是针对图像匹配过程中的匹配算法进行研究，希望借助研究能够更加有效的提升在实际的工作应用中的图像质量，同时也能够在很大程度上提升图像处理的图像分别率。文章的主要陈述点是通过图像匹配技术的具体方法进行优点和缺点的分析，通过分析优点和缺点来论述我国图像处理技术中的图像匹配技术的发展方向以及改进措施。近些年出现了很多的图像匹配方法，针对现阶段的新方法以及新的研究思路我们在实际的应用过程中要有一个非常清醒的选择。文章针对这一问题主要有三个内容的阐述。第一个是图像匹配技术的算法融合；第二个是图像匹配技术中的局部特征算法；最后一个是图像匹配技术中的模型匹配具体算法。 1 现阶段在世界范围内较为经典的图像匹配技术的算法 关于现阶段在世界范围内的较为经典的图像匹配技术的算法的阐述，文章主要从两个方面进行分析。第一个方面是ABS图像匹配算法。第二个方面是归一化相互关图像匹配算法。下面进行详细的论述和分析。 （1）算法一：ABS图像匹配算法。ABS图像匹配算法最主要的原理就是要使用模板的图像以及相应的匹配图像的搜索用窗口之间的转换差别来显示两者之间的关联性。图像匹配的大小在数值上等同于模板图像的窗口滑动顺序。窗口的每一次滑动都会引起模板图像的匹配计算。现阶段ABS的算法主要有三个，如下： 在选择上述三种计算方法的过程中要根据实际情况社情相应的阀值，否则会出现很高的失误率。上述的三种算法使用范围较狭窄。只使用与等待匹配的图像在模板影像的计算。 （2）算法二：归一化相互关图像匹配算法。归一化相互关的图像匹配算法在现阶段是较为经典的算法。通常专业的称法为NC算法。此计算方法主要是采

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

在图像配准中应用想法

在图像配准中，数字图像的角点一般被选为特征点，它是图像中轮廓线上曲率的局部极大值点，是数字图像中非常重要的特征[31]。 有两种算法用于数字图像中角点的检测：一是基于图像灰点的算法，这种角点检测算法主要是通过计算在局部范围内的图像灰度和梯度变化极大值点来作为角点；另一个是基于图像边缘的算法，这种角点检测算法要先检测图像的边缘，再将边缘方向有突变的那些点选取作为检测出的角点。计算曲率以及梯度的算法时这类角点检测需要用的，因为它不用检测图像边缘，计算时间就有所缩短，因而被广泛用于实际操作中。 数字图像中角点为重要图像特征，作为配准特征在图像配准中常被使用。为了对角点特征了解的更多，本节重点介绍几种常用的角点检测算法[32]： 式中，det表示矩阵的行列式；trace 表示矩阵的迹(也就是矩阵对角线元素的和)；k代表常数，通常为 0.04。角点就是CRF处于局部极大值的点。 下面就是详细操作步骤： ①针对灰度图像I中的每一个像素，对其x方向以及y 方向分别计算一 阶导数，还要将两个一阶导数相乘。计算时采取的具体计算法和卷积类似，使用的模板分别为:

在图像 I 上不断移动，在移动至每一位置都进行模板对应中心像素梯度值的计算，从而得到处于两个方向上的两幅梯度图像。然后再将每个像素所对应得两个方向上的梯度相乘，第三幅图像就形成了，三幅图像中的每一像素分别表示Ix，Iy和IxIy。 ②分别对通过步骤①计算所得的三幅图像进行标准差为σ的高斯滤波。 具体来说就是对这三幅图像分别运用高斯模板进行卷积。 将原始图像上的角点响应函数值计算出来。计算法有以下两种： 其一为经典的Harris算法。式(3-16)代表CRF定义： 此时，角点和CRF的局部极小值点相对应。因为经典的Harris算法其角点响应函数要求公式中k值必须要确定，因此本算法中的角点响应函数采用的是Nobel 的。 ③图像中有很多局部极值点，角点的数目的提取要通过CRF门限限制 的设置来进行。 下面分析Harris角点检测算法的性能： 1) 在图像中Harris角点具有各向同性的特点，图像即使旋转，检测角点不会受到影响； 2) Harris角点检测算法中对图像一阶导数有要求，因此光强对检测角点无影响；

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，

基于视频序列的图像配准算法研究与应用

工学硕士学位论文 基于视频序列的图像配准算法研究与应用 王帅 哈尔滨工业大学 2007年7月

国内图书分类号：TP391.4 国际图书分类号：681.39 工学硕士学位论文 基于视频序列的图像配准算法研究与应用 硕士研究生：王帅 导师：承恒达 教授 申请学位：工学硕士 学科、专业：计算机科学与技术 所在单位：计算机科学与技术学院 答辩日期：2007年7月 授予学位单位：哈尔滨工业大学

Classified Index: TP391.4 U.D.C: 681.39 Dissertation for the Master Degree in Engineering RESEARCH AND APPLICATION OF IMAGE REGISTRATION BASED ON VIDEO SEQUENCE Candidate：Wang Shuai Supervisor：Prof. Cheng Hengda Academic Degree Applied for：Master of Engineering Specialty：Computer Science and Technology Affiliation：School of Computer Science and Technology Date of Defence：July, 2007 Degree-Conferring-Institution：Harbin Institute of Technology

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 摘要 随着数字技术的不断发展，视频图像的分析与处理越来越受到人们的关注。数字化图像序列可以通过摄像机等光学设备获得，是真实世界在不同时间向成像平面的一系列投影。图像帧之间具有较大的相关性和信息冗余，找到并描述图像序列间的内在联系成为研究的关键所在。图像配准技术可以有效地解决这类问题。 图像配准问题是图像处理里的一个基本问题，是将不同时间、不同传感器、不同视角及不同拍摄条件下获取的图像对齐或匹配，消除存在的几何畸变。图像配准在计算机视觉、模式识别、医学图像处理和遥感信息处理方面有着广泛的应用。 本文提出了基于自适应聚类的特征匹配方法，满足大量图像配准的需求，提高匹配的速度，该方法基于正确匹配点对间形成矢量的一致性，对匹配点对进行自适应聚类，实验证明该方法在保证正确匹配不丢失的同时，可有效剔除绝大多数错误匹配，为进一步进行RANSAC匹配提供方便，且有效地提高了整个匹配过程的速度。 本文提出一种简单有效的图像合成方法。该方法针对摄像机固定位置，水平旋转拍摄的视频序列的特点，选取图像序列中部分帧，通过H矩阵确定重叠区域，再利用线性插值进行图像融合。实验证明在转角小于180 时，合成效果较好。 本文成功运用图像配准技术完成运动员滑行数据的测量，利用图像配准技术估计图像间摄像机运动，进而消除摄像机运动的影响，得到运动员的真实运动数据。根据这一原理，首先对冰场进行合理化建模，并确定相应的视频拍摄方案，设计了运动员冰场定位算法，利用帧间的H矩阵估计摄像机旋转角度，进而估计运动员的旋转角度完成滑行数据的测量。 关键词图像配准；特征点匹配；自适应聚类 - -I

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

图像配准中的特征分类和评价

0 引言 图像配准就是将同一场景（或物体）在不同时刻或视角下，经由相同或者不同成像设备得到的，位于不同坐标系下的图像变换到同一坐标系的过程。目前，基于特征的图像配准的应用范围较广，研究较多。该配准方法主要包含以下几个步骤：特征选择与提取、特征匹配、几何变换模型的选取与参变量的估计、图像重新采样与变换等。这些共同特征主要包括点特征、线段特征、曲线与轮廓特征、封闭区域特征、矩不变特征和混合特征等。与其它方法相比，基于特征的图像配准方法具有计算复杂度低、鲁棒性强、能够适用于部分存在复杂几何变形图像之间的配准等优点。 1 几种常用的图像配准特征 由于图像中的特征丰富多样，因此产生了多种基于不同特征的配准方法，其中经常使用的特征有：点、线、边缘、轮廓、闭合区域、矩不变量、重心等。下面我们对这些特征做一些简要的介绍。1.1 点特征 点特征是图像的一种重要的局部特征之一，其主要采用的是图像中的边缘点、直线的交点、角点、高曲率的点以及极值点等。比较经典的特征点提取算法主要有Harris 角点检测算法、SUSAN 算法和DoG 算法等。 在基于点特征的图像配准方法中，Zhang,H.等将ICP 策略引入到图像配准算法中，通过优化两对特征点集间的距离函数，最终实现特征点集间的匹配。王青松等提出了一种改进的Harris 特征点提取算法，并将其应用于纹理频繁影响区的特征提取。刘冬秋等提出了一种改进的ICP 算法，并将其应用到雕像数 图像配准中的特征分类和评价 赵夫群 咸阳师范学院 陕西咸阳 712000 据的精确配准中。1.2 线段特征 直线段也是图像中的一个显著特征。在文献[3-4]中，作者成功地利用图像中提取直线段，实现了图像间的配准。1.3 曲线与轮廓特征 很多时候，场景图像中都包含有丰富的曲线和轮廓信息，曲线和轮廓相对于其它特征来说对噪声和光线变化的鲁棒性都较高，从匹配曲线和轮廓中计算几何变换参变量的值也比较容易，因此基于曲线和轮廓的图像配准方法在图像配准领域内被广泛使用。 近年来，随着图像分割、特征检测等技术的发展，曲线和轮廓检测技术已逐渐成熟。目前曲线和轮廓的检测算法包括:Canny 边缘提取算子、拉普拉斯一高斯算子(LoG)、基于一阶或二阶差分的曲线检测算法、区域增长、图像分割方法。Govindu 等采用轮廓上点的切线斜率来表示物体轮廓，通过比较轮廓边缘的分布确定变换参数。Li,H.andManjunath 等通过物体的轮廓实现了图像的配准。郭宝云等在常用的多特征提取方法的基础上提出了一种附加约束条件的零件轮廓线的多特征提取方法。 1.4 封闭区域特征 Goshtasby 等人最早应用分割区域方法来配准图像，他们实现配准的控制点是封闭区域的重心。何芳芳等[提出了一种基于图像区域特征的模糊熵差景像匹配新算法。李建更等提出了一种通过提取参考区域光照阴影及其轮廓几何特征的方法，解决了探测器在行星表面精确着陆的问题。1.5 矩不变量特征 矩不变量是从这些区域中计算出的具有对平移、旋转和缩放不变性的描述子。根据不同阶的矩，可以组合出具有不同不变性的各种矩不变量。胡大可等提出了基于矩不变量的二位图像序列动态特征抽取方法，实现了用计算机自动识别人体关节点的目标。黄义仿等提出了一种基于小波分析和矩不变量的量化特征提取新方法，解决了旋转机械智能诊断中缺少量化特征值的问题。1.6 混合特征 通常，在很多图像中往往是同时包含有多种可以利用的特征，利用几种特征的组合，可以有效弥补单一特征的缺点并充分利用它们的长处。结合相似度量函数，图像的灰度信息可以准确无误地验证曲线匹配的正确性，从而 提高基于特征的图像匹配的鲁棒性和稳定性。Johnson 等提出利用特征点和灰度值信息结合进行图像配准的方法。Mista 等提出利用特征点和曲线结合的方法来实现图像配准。 2 特征的评价标准 基于特征的图像配准的关键在于特征的选取，选取特征的好坏也直接决定着图像配准的成败。通过对众多特征检测算法的总结发现，一种好的特征应该具备以下性质： （1）重复率：重复率是指在不同条件下拍摄的同一目标或者场景的多幅图像中，能够同时被检测到的特征占全部检测出特征的比率。重复率越高，图像配准的鲁棒性和稳定性越高，反之鲁棒性和稳定性就越差。 （2）显著性：也叫独特性，是指所选择的配准特征在基准图像和浮动准图像中应该都是显著的对象，易于检测，并且有稳定可靠的提取算法。 （3）数量性：特征点的数量应该是丰富的，这样有利于根据不同的应用环境对所需的特征点数量进行调整，而且特征点的分布应该能够反映图像的内容，从而能够从它们的对应关系中有效地估算出所选几何变换模型的参数。 （4）准确性：检测到的特征点应该在位置、尺度等方面具有较高的准确性，不同图像对应特征点之间的位置偏差不能太大，这直接关系到利用这些特征计算出的几何变换模型参变量的值的正确性及图像配准所能达到的精度。 （5）高效性：一幅图像的特征数目可能很多，所以更加需要一个高效的描述符，即描述符特征向量的维数应尽可能低，而描述符要有显著的可区分性，特征点检测的时间不能太长，遥尽量满足实时性的要求。 3 总结 针对基于特征的图像配准方法，本文主要综述了点特征、线段特征、曲线与轮廓特征、封闭区域特征、矩不变特征以及混合特征等几种主要特征，对于一些其他的特征还有待进一步的研究和探讨。而且，随着某些具体应用对各种性能指标要求的不断提高，对图像配准技术也提出了新的要求，例如，如何提高图像配准的精度，如何改善图像配准算法的运算效率、稳定性、鲁棒性和可靠性等。有些问题虽然已经有了较多的解决方案，但仍需进一步的发展完善。