同时存在平移和旋转情况下的快速图像配准方法

摘要

本发明公开了一种同时存在平移和旋转情况下的快速图像配准方法，将另一幅寻找与参考图像关系的图像称为待配准图像；采用圆形模板匹配方法来确定平移量，确定圆形模板的半径后，以参考图像的中心处构造作圆形参考模板，在待配准图像的一定搜索范围内搜索与参考模板为最佳匹配的图块，其两者间的圆心坐标的差值即为待配准图像相对于参考图像的平移量；另一方面将圆形参考模板和该匹配块分别进行对数极坐标变换，将相应的参考模板以及待配准图像的匹配子块进行灰度投影，确定待配准图像相对于参考图像的旋转角度，将图像按照该角度进行旋转，即完成对图像的快速配准。本发明方法实现了同时存在平移和旋转情况下的快速图像配准。

主权项

一种同时存在平移和旋转情况下的快速图像配准方法，将两幅图像中的一幅图像称为参考图像[fr(i，j)]m×n，将另一幅寻找与参考图像关系的图像称为待配准图像[fc(i，j)]m×n；采用圆形模板匹配方法来确定平移量，确定圆形模板的半径后，以参考图像的中心处构造作圆形参考模板，在待配准图像的一定搜索范围内搜索与参考模板为最佳匹配的图块，其两者间的圆心坐标的差值即为待配准图像相对于参考图像的平移量；另一方面将圆形参考模板和该匹配块分别进行对数极坐标变换，将相应的参考模板以及待配准图像的匹配子块进行灰度投影，确定待配准图像相对于参考图像的旋转角度，将图像按照该角度进行旋转，即完成对图像的快速配准，其特征是，按照以下步骤具体实施：步骤1、在参考图像中确定圆形参考模板：对于旋转角度小于±57.8°的待配准图像，根据模板半径大小与旋转角度的对应关系，确定圆形参考模板的半径大小，在参考图像上，按照选定的半径确定参考模板；对于旋转角度大于±57.8°的待配准图像，先旋转一次或多次±90°后，使得待配准图像与标准图像的角度偏移量在±57.8°的范围内，再根据模板半径大小与旋转角度的对应关系，确定圆形参考模板的半径大小，在参考图像上，按照选定的半径确定参考模板；步骤2、确定平移量，将待配准图像进行平移：首先，在上步确定参考模板大小和模板匹配搜索范围的基础上，确定等间隔的步长step；以step为步长，在待配准图像上遍历搜索范围内的所有与参考模板相同大小的圆形子块，找到最佳匹配块，获得粗匹配平移量(Δx1，Δy1)；其次，在粗匹配位置的范围内进行精确匹配，搜索范围与step的关系为range＝[‑step，step]，获得精确匹配的平移量(Δx2，Δy2)；最后，根据粗匹配平移量(Δx1，Δy1)和精确匹配的平移量(Δx2，Δy2)，确定最终的平移量为(Δx，Δy)＝(Δx1+Δx2，Δy1+Δy2)，将待配准图像平移(Δx，Δy)，得到平移后的结果图像[fcd(i，j)]m×n，表达式为：fcd(i，j)＝fc(i+Δx，j+Δy)，i＝1，2，...，m，j＝1，2，...，n    (1)其中，fcd(i，j)为[fcd(i，j)]m×n的像素值，fc(i，j)为[fc(i，j)]m×n的像素值；步骤3、对上步平移后的结果图像[fcd(i，j)]m×n以及参考图像[fr(i，j)]m×n分别进行对数极坐标转换：设平移后的结果图像[fcd(i，j)]m×n中的任一像素的位置既能用笛卡尔坐标fcd(x，y)来表示，又能用极坐标fcd(ρ，θ)来表示，这样，平移后的结果图像[fcd(i，j)]m×n在笛卡尔坐标系的像素值fcd(x，y)到极坐标系的像素值fcd(ρ，θ)之间的对数极坐标变换定义为： ρ = log ( x - x 0 ) 2 + ( y - y 0 ) 2 θ = arctan ( y - y 0 x - x 0 ) - - - ( 2 ) 式中，(ρ，θ)分别为对数极坐标系的极径和极角，(x0，y0)为选定的坐标原点，如果取由步骤2得到的平移后的结果图像[fcd(i，j)]m×n的最佳平移匹配圆块的中心点为笛卡尔坐标原点为(0，0)，则对数极坐标的转换公式变为： ρ = log x 2 + y 2 θ = arctan ( y x ) - - - ( 3 ) 同理，根据式(3)，对参考图像[fr(i，j)]m×n，取其模板的圆心作为笛卡尔坐标系的原点进行极坐标转换，得到fr(ρ，θ)；步骤4、对于平移后的结果图像的对数极坐标转换结果fcd(ρ，θ)及参考图像的对数极坐标转换结果fr(ρ，θ)，将相应的参考模板以及待配准图像的最佳平移匹配子块进行灰度投影，确定待配准图像相对于参考图像的旋转角度Δθ；步骤5、根据上步获得的待配准图像的旋转角度Δθ，对经过步骤2平移后的图像[fcd(i，j)]m×n旋转Δθ，即完成对图像的配准。