[发明专利]动态图像拼接的方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及数字图像处理领域。更具体地，本发明涉及数字图像拼接领域。

背景技术

在某些情况下，不能利用照相机在单个图像中一次捕获大视野场景。因此，需要捕获多个图像，然后将它们数字地组合或者拼接成较大的图像。例如，移动放置在支架上的照相机，以捕获序列图像，在图像之间，具有一定量的重叠。然后，将这些图像拼接在一起构成一张大视野图像。典型的例子是病理学切片的显微镜扫描。由于物镜视野的限制以及对高放大倍率的要求，所以单个图像不足以获得病理学切片的完整图片。然而，可以捕获一系列的图像，并进一步地对其进行拼接，以形成完整的图像。

在图像拼接应用中，拼接过程总需要沿着某个顺序进行，而这个顺序往往需要通过计算每一个相邻图像对的相似度来获得，这就需要重复的加载图像。因此，为避免重复的图像加载，一种传统的做法是将图像先导入内存，然后按照某种方法计算出一个拼接顺序以生成一个完整的拼接图像。

当仅对少量的低分辨率图像进行拼接时，可认为该技术是有效的。但是，在具有大量的高分辨率图像的情况下，需要高容量的内存，然而，在很多情况下，很难提供高容量的内存。

关于内存超载的问题，一种公知的技术是仅将三个颜色通道中的一个存储到内存中，从而将需要的内存量大大地降低了三分之二。但是，对于高分辨率的图像来说，内存消耗仍然是巨大的。备选地，首先可以将单位图像保存为数字文件，并且在之后的拼接中再装载它们，这种方法能够避免使用大内存，但是重复的图像装载将减缓整个拼接过程。

US8,041,147提供了一种用于拼接和显示电子记录的多部分图像的图像块的方法，其中，在坐标系统的x和y方向上确定重叠记录的图像块的相对位置偏移值，并且以矩阵格式存储。基于存储的值，把要显示的图像块拼接到一起。

US7,006,111公开了一种数字拼接方法，其中，从重叠图像的低分辨率版本，来预测它们之间的偏移值，并进一步地通过搜索过程递归地对偏移值进行改进。

US7,778,485教导了一种用于拼接图像块以创建显微镜切片的无缝放大图像的系统和方法。当显示的视野改变时，通过使用预先计算的相关位置偏移值和相关系数，执行拼接。

然而，上述方法仍然不能提供占用最少内存和CPU使用率的拼接技术，以及提供快速的拼接速度和良好的质量。

发明内容

因此，本发明提供了一种用于将多个图像拼接到一起的方法，该方法通过只使用相邻图像对中的前一个图像的最小重叠区域(即候选条)来衡量重叠区域的细节多寡程度(即特征)，并用该候选条中的含有最多细节的图像块(即匹配块)来计算相邻图像对的重叠区域的相似性(即最大相关系数)，进而由此二者共同决定相邻图像对的拼接可靠性，基于该拼接可靠性所得的最优拼接路径保证了良好的拼接质量。在此指导思想下，在对每一个图像进行拼接测试(即计算各候选条的特征，并计算该图像与前面的相邻图像的拼接可能性)之前，内存中只需要保留在该图像之前的所有图像的尚未完成相似性计算的匹配块。这样在避免图像重复加载(从而大幅度地提高整个拼接过程的速度)的前提下将内存的占用量降至了最低。从而有效解决了现有拼接技术下，拼接速度、拼接质量和内存占用量的平衡问题。

根据本发明的实施方式，提供了一种用于拼接多个图像的方法，包括以下步骤：通过将候选条中的空间像素信息的数学变换应用到具有共存的物理位置信息的频域表达中，计算图像的每个候选条的特征，基于数学变换的空间和频率信息，计算候选特征点，利用候选特征点定位匹配块，将所述匹配块的像素灰度与另一个图像的搜索区域中的搜索块的像素灰度进行比较，以找出最大相关系数，利用相关最大位置确定的匹配块的偏移值，计算两个图像之间的条偏移，根据预先定义的匹配块的最大相关系数和它的特征的权重函数，计算每个候选条的拼接可靠性，对剩余的图像重复上述步骤，以及利用拼接可靠性，确定最佳拼接路径。

根据本发明的各种实施方式，所述特征是图像细节的程度，其包括边缘的变化和数量，并且基于变换区域的能量计算所述特征。因为小波变换通过变换系数的索引提供空间信息，以及通过变换系数的大小提供频率信息，所以通过在高频系数中选择最大值并进一步地使用该最大值的索引来找出候选特征点的位置，得到候选特征点。

根据本发明的各种实施方式，匹配块将包括至少一个像素的候选特征点作为它的中心。根据应用预先定义匹配块的大小。将匹配块中的像素灰度与搜索块的像素灰度进行比较，以计算相关系数，然后，利用相关最大位置确定的偏移值，找出条偏移。