收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于特征点的图像配准与拼接技术研究

杨占龙  
【摘要】: 图像拼接技术是计算机视觉、图像处理和计算机图形学的研究热点,它可以用来建立大视角的高分辨率图像,在虚拟现实领域、医学图像处理领域、遥感技术领域和军事领域中均有广泛的应用。图像拼接就是将同一场景的相互有部分重叠的一系列图片拼接成大幅的、宽视角的、与原始图像接近且失真小、没有明显缝合线的高分辨率图像。图像拼接的质量主要依赖于图像的配准精度。目前,基于特征点匹配的图像配准是一种主要针对仿射变换模型和透视变换模型的图像配准技术,它不仅能够适用于重合度较低的图像之间的配准,而且还能够应用于运动场景图像以及含有遮盖物体图像之间的配准,在实际应用中得到了广泛的使用。因此,研究基于特征点的图像配准和拼接技术具有重要的理论意义和实用价值。本文主要以特征点匹配为主线,针对目前流行的Harris特征点和SIFT(Scale Invariant Feature Transform)特征点匹配技术进行了深入系统地研究。主要研究工作及贡献如下: 1.研究并分析了摄像机成像几何的基本原理,重点对8参数透视变换矩阵的存在条件以及8参数透视矩阵退化为6参数仿射矩阵的条件进行了论证,由此引出了图像拼接中几种常用的变换模型―相似变换、仿射变换以及透视变换,给出了每种模型的实际应用场合。 2.针对传统的特征点匹配算法对于图像旋转变化敏感的问题,提出了一种基于特征点旋转归一化的图像配准算法(IPNR)。系统研究了Harris特征点的基本原理以及几种传统的匹配方法,包括像素差的平方和(SSD)、像素的互相关信息(CC)、归一化互相关信息(NCC)。分析比较了各种匹配方法的性能以及存在的不足之处。提出了在特征点匹配过程中将邻域窗口进行旋转归一化,有效解决了特征点匹配对于图像旋转变化敏感的问题。仿真结果表明,该算法能有效地克服传统特征点匹配算法对图像旋转变化敏感的问题,将正确匹配的概率提高30%以上,效果明显优于传统的特征点匹配算法。 3.针对传统的特征点匹配方法对噪声敏感的问题,提出了一种基于特征点不变矩的图像配准算法(IPIM)。图像的矩特征是一种以图像分布的各阶矩来描述灰度的统计特性的方法,它对噪声和光照的变化不太敏感,并具有旋转和尺度不变性。对图像的矩特征研究发现,传统的Hu氏矩中φ_3,φ_5两个矩对于图像的旋转变化是不稳定的,因此对Hu氏矩进行了改进,并在此基础上,利用改进后的Hu氏矩作为特征点的描述符进行匹配,解决了传统特征点匹配方法对于旋转和噪声敏感的问题。仿真结果表明该算法具有较好的旋转不变性和抗噪声性能,匹配效果优于传统的算法。 4.针对IPIM方法对图像亮度变化敏感的问题,提出了一种基于特征点伪Zernike矩的图像配准算法(IPPZM)。由于伪Zernike矩比Hu矩具有更多的矩数量以及更好的抗噪声性能,本算法选用特征点邻域窗口的伪Zernike矩作为特征点描述符。数字图像的像素离散性质使得伪Zernike矩的计算产生误差,不同阶矩的计算精确度不同。因此,为保证描述符的准确性与较低的计算复杂度,需要对伪Zernike矩进行优化选择,并对矩的选取数量加以限制。仿真结果表明该算法不仅有效解决了IPIM算法对亮度变化敏感的问题,而且在旋转不变性和抗噪声性能上比IPIM算法有了进一步的提高。 5.针对Harris特征点对于尺度变化敏感的问题,提出了一种改进的基于SIFT特征的图像配准算法。该算法借助于SIFT特征对于旋转和尺度的不变性以及对于噪声、视角变化和光照变化等良好的鲁棒性,解决了Harris特征检测对于尺度变化敏感的问题,使得较大尺度变化下的图像配准成为可能。同时,对SIFT特征点的提取方法进行了改进,预先去除了部分较不稳定的特征点,提高了匹配的速度和正确匹配的概率。实验结果证明该算法对于旋转、尺度变化均具有不变性、对于噪声以及图像亮度变化具有较好的鲁棒性,且匹配速度比改进前提高了近1倍。 6.针对图像拼接中累计误差对合成图像质量影响严重的问题,提出了一种基于特征点的整体优化调整方法。如果仅利用图像局部配准的结果对图像序列进行拼接,则会因为误差的累计而造成合成图像中出现重影或者图像变得模糊。该方法利用基于特征点的图像配准算法中得到的正确匹配点,对具有匹配关系所有图像的变换矩阵进行整体优化和调整,使累计误差降低。实验结果表明,该方法可以有效降低图像序列中的累计误差,提高最终合成图像的质量。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 陈裕;刘庆元;;基于SIFT算法和马氏距离的无人机遥感图像配准[J];测绘与空间地理信息;2009年06期
2 王玉亮;沈建新;廖文和;;基于尺度不变特征的眼底图像自动配准与拼接[J];南京航空航天大学学报;2011年02期
3 贺琨;张凤春;孟祥磊;宋占伟;;基于特征点匹配的拼接算法研究与实现[J];吉林大学学报(信息科学版);2011年02期
4 谭磊;张桦;薛彦斌;;一种基于特征点的图像匹配算法[J];天津理工大学学报;2006年06期
5 薛菲;张荣国;杨莉;杨飞;;基于梯度直方图的彩色图像拼接[J];计算机与数字工程;2011年05期
6 李冬梅;王延杰;;一种基于特征点匹配的图像拼接技术[J];微计算机信息;2008年15期
7 曹楠;王萍;;基于SIFT特征匹配的图像无缝拼接算法[J];计算机与应用化学;2011年02期
8 张朝伟;周焰;王耀康;程焱;;基于SIFT特征跟踪匹配的视频拼接方法[J];计算机工程与应用;2008年10期
9 张朝伟;周焰;吴思励;林洪涛;;基于SIFT特征匹配的监控图像自动拼接[J];计算机应用;2008年01期
10 李宝华;周焰;张朝伟;;图像拼接技术在军事监控系统中的应用[J];微计算机信息;2008年27期
11 吴锦杰;刘肖琳;;基于双目相机的图像拼接[J];计算机工程;2010年12期
12 赵芹;周涛;舒勤;;基于特征点的图像配准技术探讨[J];红外技术;2006年06期
13 管平;杨丹;胡新荣;;非标定图像的无缝拼接技术研究[J];科技信息;2010年09期
14 张训华;业宁;王厚立;;基于Harris角点的木材CT图像配准[J];山东大学学报(工学版);2010年05期
15 郑戈毅;王国辉;杨红民;赵武华;;特征点稀少的炮管内膛图像拼接技术研究[J];科技导报;2008年18期
16 徐文莹;贾彦斌;贺丽;;光电侦察动态视频图像拼接中的图像配准算法[J];火力与指挥控制;2010年S1期
17 周文理;金施群;;基于SIFT算法的可见光图像与红外图像配准[J];黑龙江科技学院学报;2011年02期
18 王东峰,张丽飞,刘小军,邹谋炎;基于广义特征点匹配的全自动图像配准[J];电子与信息学报;2005年07期
19 仵建宁;冯宗哲;郭宝龙;;一种基于相位相关优化的图像拼接方法[J];微电子学与计算机;2006年01期
20 陈虎;;基于特征点匹配的图像拼接算法研究[J];海军工程大学学报;2007年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李红波;倪国强;;图像配准中特征点匹配分析与展望[A];第三届全国嵌入式技术和信息处理联合学术会议论文集[C];2009年
2 刘小川;;拼接技术在图象处理中的应用[A];中南六省(区)自动化学会第24届学术年会会议论文集[C];2006年
3 蔡欣华;黄世奇;;基于区域特征的SAR图像配准[A];国家安全地球物理丛书(五)——地球物理与海洋安全[C];2009年
4 许霞义;俞辉;;一种基于轮廓特征的图像拼接算法设计与实现[A];全国第十五届计算机科学与技术应用学术会议论文集[C];2003年
5 冯桂兰;田维坚;张薇;鲍赟;张宏建;;基于DSP的图像拼接系统研究[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年
6 邓严;唐立新;;基于颜色信息熵的医学显微图像配准路径规划[A];2010中国仪器仪表学术、产业大会(论文集2)[C];2010年
7 尤红建;丁赤飚;付琨;;基于SIFT特征的多时相星载SAR图像自动配准[A];中国测绘学会九届三次理事会暨2007年“信息化测绘论坛”学术年会论文集[C];2007年
8 杨红喆;刘连芳;;全景图拼接技术研究[A];2007北京地区高校研究生学术交流会通信与信息技术会议论文集(上册)[C];2008年
9 张兴华;吴冬梅;蔺丽华;;基于相位相关和特征点匹配的红外遥视图像配准[A];第八届全国信号与信息处理联合学术会议论文集[C];2009年
10 冯晓萌;吴玲达;邓莉琼;陈宇宁;;简单动画形象的SIFT特征点匹配研究[A];第六届和谐人机环境联合学术会议(HHME2010)、第19届全国多媒体学术会议(NCMT2010)、第6届全国人机交互学术会议(CHCI2010)、第5届全国普适计算学术会议(PCC2010)论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杨占龙;基于特征点的图像配准与拼接技术研究[D];西安电子科技大学;2008年
2 宋智礼;图像配准技术及其应用的研究[D];复旦大学;2010年
3 曾霖;图像拼接技术的研究、实现与应用[D];武汉大学;2012年
4 刘朝霞;航空遥感图像配准算法研究[D];大连海事大学;2011年
5 时永刚;广义距离度量和多模态图像配准技术研究[D];中国科学院研究生院(电子学研究所);2004年
6 王彪;计算机视觉技术在低空突防与精确打击中的应用研究[D];南京航空航天大学;2005年
7 赵振兵;电气设备红外与可见光图像的配准方法研究[D];华北电力大学(河北);2009年
8 张德新;面阵航侦CCD相机系统设计及其图像拼接技术研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
9 冯桂兰;车载夜视导航系统的研究[D];中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所);2007年
10 朱宪伟;基于结构特征的异源图像配准技术研究[D];国防科学技术大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 汪华琴;基于特征点匹配的图像拼接方法研究[D];华中师范大学;2007年
2 周惠娟;基于图像配准的图像拼接算法研究[D];河北大学;2010年
3 戚世贵;基于图像特征点的提取匹配及应用[D];吉林大学;2006年
4 于庆;基于SIFT算法的眼底图像拼接的研究与实现[D];重庆大学;2010年
5 蔡静;粒计算在图像拼接中的应用研究[D];华北电力大学(北京);2009年
6 陈燕文;基于SIFT与小波变换的图像配准融合方法研究[D];武汉理工大学;2011年
7 王国锐;遗传算法及其在图象拼接中的应用[D];华中科技大学;2006年
8 刘楠;数字图像的自动拼接与合成技术研究[D];南京理工大学;2004年
9 张彪;大视场纤维细丝的图像处理与图像拼接[D];吉林大学;2007年
10 王帅;基于视频序列的图像配准算法研究与应用[D];哈尔滨工业大学;2007年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 山东 猫咪老爸;图像拼接 天衣无缝[N];电脑报;2003年
2 冲浪平台研发小组;Linux 2.2.x的进程分析[N];计算机世界;2000年
3 四川 冯小民;Letter Assigner——让盘符不再交错[N];电脑报;2002年
4 清华大学 谢晓芹;如何用好构件?[N];计算机世界;2002年
5 卫星;许健民详释风云二号C星[N];中国气象报;2004年
6 刘乃清;体验奥林巴斯C-740数码相机的长焦魅力[N];电子资讯时报;2003年
7 冉瑞奎 杨斗立 洪宇;漫谈风云二号D星[N];中国气象报;2006年
8 紫箕;新型脑部扫描仪[N];医药经济报;2007年
9 梁福成 梁恬;气与场同型[N];中国中医药报;2001年
10 ;以人体为仪器[N];中国质量报;2003年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978