[发明专利]一种基于仿射参数估计的图像配准方法

摘要

本发明属于计算机图像处理领域，涉及一种基于仿射参数估计的图像配准方法，包括下列步骤：采用SIFT算法提取图像的特征点，然后对不同图像的特征点进行匹配；根据仿射变换的具体情况，建立数学模型，并估计其中的仿射变换参数；采用估算出的图像间的仿射变换参数，进行运动补偿，得到配准后图像。本发明的图像配准方法，对误匹配具有较强的鲁棒性，实现起来比较简单并且有较好的实时性。

主权项

1.一种基于仿射参数估计的图像配准方法，包括：第一步：采用SIFT算法提取图像的特征点，然后对不同图像的特征点进行匹配，步骤如下：1)检测尺度空间极值点首先对原图和待匹配的图像分别生成一个尺度空间，然后进行采样，并将每一个采样点和它所有的相邻点比较以得到空间极值点；2)精确定位极值点设定阈值以去除低对比度的极值点和产生不稳定边缘响应的极值点，得到关键点，并通过拟和三维二次函数确定关键点的位置和尺度；3)确定每个关键点方向参数利用关键点邻域像素的梯度方向分布特性为每个关键点指定方向参数；4)关键点描述子的生成对原图和待匹配的图像的每个关键点，首先将坐标轴旋转为关键点的方向，以关键点为中心取8×8的窗口，将8×8窗口分成4个小块，在每个4×4的小块上计算8个方向的梯度方向直方图，绘制每个梯度方向的累加值，即可形成一个种子点，从而生成原图和待匹配的图像各自的SIFT特征向量；设定一个比例阈值，取原图中的某个关键点，并找出其与待配准图像中欧式距离最近的前两个关键点，在这两个关键点中，如果最近的距离除以次近的距离少于某个比例阈值，则接受这一对匹配点，用这种方法即可得到原图中的点列和待配准图像中对应的点列；第二步：根据仿射变换的具体情况，建立数学模型如下：已知待配准图像中的点列(x_i，y_j)(i＝1，2，ΛM，j＝1，2.ΛN)和原图像中的点列(X_i，Y_j)(i＝1，2，ΛM，j＝1，2.ΛN)(M，N分别为图像的长和宽)和原图像中初始点X⁰的坐标(X₀，Y₀)的值，令它们近似满足：xiyi=f1(Xi,Yi)g1(Xi,Yi)=cosθ-sinθsinθcosθkx00kyXi-X0Yi-Y0+x0y0]]>其中(i＝1，2，ΛN)，θ∈(-π，π]，k_x＞0，k_y＞0，估计其中的仿射变换参数θ，k_x，k_y，x₀，y₀，使得误差函数)达到最小，其中，θ为图像旋转角度，k_x，k_y分别为图像在x轴，y轴方向的畸变，x₀，y₀分别为图像在x轴，y轴方向的位移，记X＝(θ，k_x，k_y，x₀，y₀)，该算法步骤如下：1)选定初始点X⁰，计算F的梯度令k＝0；2)计算3)如果H^k接近奇异，取计算：X^k+1＝X^k+tP^k；否则，由方程H^kP^k＝-g^k解出P^k，进行如下判断：若F(X^k+P^k)＜F(X^k)，令X^k+1＝X^k+P^k，若F(X^k+P^k)≥F(X^k)，令计算X^k+1＝X^k+tP^k；4)计算‖g^k+1‖，判断其是否满足迭代终止条件‖g^k+1‖＜ε，如满足，则X^k+1即为仿射变换参数，否则，k＝k+1，重复上述过程直到满足迭代终止条件为止；第三步：采用估算出的图像间的仿射变换参数，进行运动补偿，得到配准后图像。