[发明专利]基于仿射变换的显微序列图像自动拼接方法、系统及装置

说明书

本发明属于计算机视觉和图像处理技术领域，具体涉及了一种基于仿射变换的显微序列图像自动拼接方法、系统及装置，旨在解决现有技术无法有效解决显微图像拍摄过程中的图像变形对拼接的影响，拼接误差会出现累积和传播，因而拼接效果达不到预期的问题。本发明包括：提取显微序列图像重叠区域的特征并进行特征匹配；根据特征在图像上的位置信息，赋予每对特征点不同的权重；通过仿射变换模型拟合相邻图像间的变化，并设定全局优化的能量函数；最小化能量函数，获得各相邻图像的仿射变换关系；根据仿射变换关系进行拼接获得显微拼接图像。本发明通过全局拼接的方法，避免拼接过程中误差累积和图像边缘畸变对结果的影响，能够获得较高拼接精度的图像。

技术领域

本发明属于计算机视觉和图像处理技术领域，具体涉及了一种基于仿射变换的显微序列图像自动拼接方法、系统及装置。

背景技术

从十七世纪初制造出第一台光学显微镜，到二十世纪初设计出第一台透视电子显微镜，人类对微观世界的探索逐渐深入。随着电子技术的迅猛发展，一些透射电子显微镜的分辨率能够达到亚埃级，人们可以清晰的看到原子的结构。由于获得的图像分辨率越来越高，显微镜逐渐在医学研究和生物学等领域中被广泛使用。随之也带来一个问题，得到的图像分辨率越高，显微镜的成像视野越小。这样，很难同时获得目标事物的大幅高分辨率图像，为后续的研究带来一定程度上的困难。

为了获得高分辨率下的大幅显微图像，目前大致有两种解决方案。第一种是改进显微镜本身的硬件系统，提高分辨率的同时增大成像视野。这种方法可以较为直接的拍摄高分辨率下的大幅显微图像，但这种设备多为大型设备，研制和维护费用昂贵，不具备经济性。第二种是从得到的显微图像出发，设计一系列图像拼接算法，将得到的多幅小视野高分辨率图像拼接为一幅大幅高分辨率图像，具有更高的灵活性。

图像拼接能够有效克服成像设备不能兼顾成像分辨率和成像视野的问题。在卫星遥感、目标跟踪和识别，病变检测和病变细胞识别，生物学研究的细胞分类和三维立体重建等领域扮演着重要角色。目前对大目标场景高分辨显微图像的采集方式主要包括两种，一种是分割切片为显微镜视场大小，逐个切片进行拍摄。另一种是移动载物台，对切片图像进行分块拍摄，这种方法会使得相邻图像间存在重叠区域。由于重叠区域的引入可以避免图像边缘的细节损失和为图像拼接带来参考，本拼接方法基于这种采集方式展开。

由于拍摄和图像畸变等原因，显微图像会出现不同程度的变形，使得相邻图像重叠区域(即图像边缘部分)的内容出现不一致的情况。所以需要建立参数可调的仿射变换模型来矫正不同程度的图像形变和计算不同图像的位置坐标，以获得质量较好的大幅高分辨率显微图像。

现有的显微序列图像拼接方法主要包括两类，基于图像两两拼接的顺序拼接方法和基于最小生成树的方法。第一种拼接方法选择以某一张图像为基准，依据位置信息依次向前或向后对相邻的图像进行拼接，最后形成一张大幅的图像。这种方法会导致误差的累积和传播。在拼接过程中，一旦出现拼接误差，这种误差会一直影响之后的拼接过程，从而造成明显的全局图像拼接错误。另一种拼接方法是最小生成树法。首先建立图模型，将每幅待拼接图像作为图的节点，将相邻的每两张图像相连作为图的边，两两图像拼接效果的度量作为边的权重。通过最小生成树的方法来确定待拼接图像间的位置关系。这种方法能够有效避免局部拼接错误对全局图像拼接的影响，但是拼接结果只考虑了在最小生成树上与待拼接图像存在邻接关系的相邻图像，没有考虑与其他相邻图像之间关系，待拼接图像与其他相邻图像间不能达到较好的拼接效果。而且，这些拼接方法在进行拼接时，大多认为所有的显微图像不存在形变，只有位置差异，服从同一拼接模型，因而不能矫正或消除图像拍摄和畸变带来的影响。

总的来说，现有技术不考虑显微图像拍摄过程中造成的图像变形对拼接的影响，从而无法避免拼接误差的累积和传播，因此，拼接效果尚不能达到预期。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即现有技术无法有效解决显微图像拍摄过程中的图像变形对拼接的影响，拼接误差会出现累积和传播，因而拼接效果达不到预期的问题，本发明提供了一种基于仿射变换的显微序列图像自动拼接方法，该方法包括：