同时存在平移和旋转情况下的快速图像配准方法.docx

同时存在平移和旋转情况下的快速图像配准方法专利名称：：同时存在平移和旋转情况下的快速图像配准方法技术领域：：本发明属于数字图像处理技术领域：，涉及一种同时存在平移和旋转情况下的快速图像配准方法背景技术：：两幅图像的配准，在图像拼接、图像超分辨率重建、印鉴真伪鉴别等处理过程中，是关键的一个环节，当一幅图像需要进行平移及旋转操作后，才能够配准在两幅具有局部内容相同的图像间进行配准时，如果平移量不为0，则会影响旋转参数的确定，同样地，旋转参数不为0，也无法准确地确定平移量如果先平移，则旋转角度的存在会影响平移参数的确定，如果先旋转，则平移的存在会影响到旋转参数的确定，最终导致配准的失败发明内容本发明的目的是提供一种同时存在平移和旋转情况下的快速图像配准方法，将块匹配法和对数极坐标灰度投影法相结合，快速确定两幅图像具有相同内容部分的平移旋转参数，来实现快速图像的配准本发明所采用的技术方案是，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[fji，j)]mxn，将另一幅寻找与参考图像关系的图像称为待配准图像[fi，j)]mXn；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，具体按照以下步骤实施步骤1、在参考图像中确定圆形参考模板对于旋转角度小于士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；对于旋转角度大于士57.8°的待配准图像，先旋转一次或多次士90°后，使得待配准图像与标准图像的角度偏移量在士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(ΔΧι，Ay1)；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,st印]，获得精确匹配的平移量(Δχ2,Ay2)；最后，根据粗匹配平移量(ΔΧι，Ay1)和精确匹配的平移量(Δχ2，Ay2),确定最终的平移量为(Δχ，Ay)=(Δχ1+Δχ2,Δy1+Δy2)，将待配准图像平移(Δχ，Δy)，得到平移后的结果图像[f。

d(i，j)]mXn，表达式为fcd(i,j)=fc(i+Ax,j+Δγ),i=1,2,...,m,j=1,2,...,η(1)其中，fcd(i，j)为[fcd(i，j)]mXn的像素值，fc(i，j)为[fc(i，j)]mXn的像素值；步骤3、对上步平移后的结果图像[fd(i，j)]mXn以及参考图像[fr(i，j)]mXn分别进行对数极坐标转换设平移后的结果图像[^1，」)]1>01中的任一像素的位置既能用笛卡尔坐标^^y)来表示，又能用极坐标fd(P，θ)来表示，这样，平移后的结果图像[fcd(i,j)]mXn在笛卡尔坐标系的像素值fd(x，y)到极坐标系的像素值fd(P，θ)之间的对数极坐标变换定义为权利要求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-x0)2+(y-y0)2θ=arctan(y-y0x-x0)---(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=logx2+y2θ=arctan(yx)---(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。

2.根据权利要求1所述的同时存在平移和旋转情况下的快速图像配准方法，其特征在于，所述的步骤1中的模板半径大小与旋转角度的对应关系是3.根据权利要求1所述的同时存在平移和旋转情况下的快速图像配准方法，其特征在于，所述的步骤2中，step的大小优选为搜索区域的1/44.根据权利要求1所述的同时存在平移和旋转情况下的快速图像配准方法，其特征在于，所述的步骤4中具体包括以下两个步骤4.1)图像映射定义图像映射是将图像F(P，θ)的灰度值分别进行行、列投影，F(P，θ)是一个泛化的含义，指的是标准图像或者是待配准图像，全文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。