基於軸向插值的配準描述子方向計算方法
2023-06-10 14:38:31
基於軸向插值的配準描述子方向計算方法
【專利摘要】基於軸向插值的配準描述子方向計算方法，涉及圖像數據處理領域，解決採用現有方法處理圖像時存在對圖像的光照和視角變化處理效果差以及對圖像的旋轉度計算精度低等問題，本發明提出一種能快速、對各旋轉方向響應一致的描述子方向矢量的方法，在傳感器獲得圖像後，實時對圖像進行配準，為後續圖像處理算法提供配準後的圖像數據。採用圖像亮度質心不變矩的方向矢量計算方法，該方法的對全方位旋轉角度的計算精度更均衡，且精度與SURF方法略有提升，計算速度是SURF方向矢量的四倍以上。採用的係數矩陣的計算方式，配準時只需完成係數矩陣與圖像的乘法，且易於並行處理。這種方式在具有浮點型計算精度的同時，極大地優化計算速度。
【專利說明】基於軸向插值的配準描述子方向計算方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及圖像數據處理領域，具體涉及矩不變量計算，用於圖像配準和圖像融 合技術。
【背景技術】
[0002] 圖像配準技術是圖像拼接，圖像融合，目標識別，3D重建、圖像恢復、相機定位、計 算機視覺等眾多圖像處理技術的技術基礎和關鍵環節，主要可以分為基於灰度的方法和基 於特徵的方法兩大類。後者由於提取特徵後僅對特徵進行計算，相對前者其計算量較少，對 噪聲、光照、視角和尺度變化不敏感，算法效率及配準精度高，具有很好的魯棒性，因而成為 當前圖像配準領域的主要研究方向。早期基於特徵的算法包括Morvec、Harris等方法。
[0003]2006 年 5 月，Bay等人[1]提出了著名的SURF(speededuprobustfeatures)算 法，它的綜合匹配效果與SIFT算法相當，並且大幅度提高了配準速度。SURF算法的計算速 度可以比SIFT快3倍，它可以對圖像的旋轉、尺度伸縮、光照、視角等變化保持不變性，但 是在處理圖像光照和視角變化時不如SIFT算法。本文中設計了基於圖像亮度質心不變矩 的方向矢量計算方法，該方法的對旋轉的計算精度更高，計算速度是SURF方向矢量的4倍 以上。
【發明內容】
[0004] 本發明為解決採用現有方法處理圖像時存在對圖像的光照和視角變化處理效果 差以及對圖像的旋轉度計算精度低等問題，提供一種高精度基於軸向插值的配準描述子方 向計算方法。
[0005] 步驟一、選擇半徑為r的圓形圖像區域，所述圓形圖像區域的圓心作為特徵點的 中心，所述特徵點中心坐標為〇(X(l，yc))，將所述半徑為r的圓周從〇°開始每間隔n/4分 為一段圓弧，則圓弧所對應X軸的長度為cx，對應Y軸的長度為cy，CX>cy，上述區間稱為X 軸插值區間；cx〈cy,上述區間稱為Y軸插值區間，在X軸插值區間內，採用X軸方向插值計 算，在Y軸插值區間，採用Y軸方向插值計算，獲得圓周上的全部插值點；
[0006] 步驟二、計算圓周上相鄰插值點的插值係數，在X軸插值區間內，插值點I(Xi，yi) 由兩個相鄰點/(a,[乃」)和/(?I+LvJ)插值而成，（1+[乃」-乃）和a-L乃」)分別為所述相 鄰點/CbLyJ)和J(A，1 +U_」)對應I(Xi,Yi)的插值係數；在Y軸插值區間內，I(Xi,y)由相 鄰點對七」,)和八1+U」，)插值而成，G+U」-.')和(?-LxJ)分別為這兩個相鄰點對 應IUi,yi)的插值係數；
[0007] 步驟三、將步驟二中獲得的相鄰插值點的插值係數疊加到相鄰點上進行計算，對 所述半徑為r的圓形圖像區域的係數矩陣設定為邊長是2*r+l的正方形數組，該矩陣與以 特徵點為中心的正方形區域中的像素--對應，
[0008] 首先，將係數矩陣中的所有元素置為0 ;然後對於圓形圖像區域內的像素點對應 的係數置為I;最後將步驟二得到的所有插值點所對應軸向相鄰點的插值係數加到係數矩 陣的對應像素點位置上，獲得圖像的插值係數矩陳：
[0009] 步驟四、定義圖像矩公式為
【權利要求】
1.基於軸向插值的配準描述子方向計算方法，其特徵是，該方法由以下步驟實現： 步驟一、選擇半徑為r的圓形圖像區域，所述圓形圖像區域的圓心作為特徵點的中心， 所述特徵點中心坐標為〇(X〇，y。)，將所述半徑為r的圓周從〇°開始每間隔η/4分為一段 圓弧，則圓弧所對應X軸的長度為CX，對應Y軸的長度為cy，cx>cy,上述區間稱為X軸插 值區間；cx〈cy,上述區間稱為Y軸插值區間，在X軸插值區間內，採用X軸方向插值計算， 在Y軸插值區間，採用Y軸方向插值計算，獲得圓周上的全部插值點； 步驟二、計算圓周上相鄰插值點的插值係數，在X軸插值區間內，插值點I(Xi，yi)由 兩個相鄰點bJ)和,(.v/,1+U」)插值而成，（1+bJ)和(>)-U」)分別為所述相鄰 點/〇4乃」)和/(χ,.,Ι+U」)對應/(.?)的插值係數；在Y軸插值區間內，I(xi，yi)由相鄰 點插值而成，（1+Lxi」-xO和(? -U.」)分別為這兩個相鄰點對應I(XiJi)的插值係數； 步驟三、將步驟二中獲得的相鄰插值點的插值係數疊加到相鄰點上進行計算，對所述 半徑為r的圓形圖像區域的係數矩陣設定為邊長是2*r+l的正方形數組，該矩陣與以特徵 點為中心的正方形區域中的像素--對應， 首先，將係數矩陣中的所有元素置為〇 ;然後對於圓形圖像區域內的像素點對應的系 數置為1 ;最後將步驟二得到的所有插值點所對應軸向相鄰點的插值係數加到係數矩陣的 對應像素點位置上，獲得圖像的插值係數矩陣； 步驟四、定義圖像矩公式為m?'kxy為（X，y)點最終的 插值係數，I(X，y)為（X，y)點的亮度，P，q分別X，y軸對應的階數，當P= 1，q= 〇 時，m10=5X,.x/(x，_y)，當P =〇, q = 1時，當p =〇, q =〇時， x，y x,y ΣιJi、 ,"?丨(| "7UI、 ，則其亮度質心為'=(^，^)，從特徵點ο到亮度質心C建立代表圖 X，.v tnOO/n〇〇 像方向的向量G，則向量：表示該特徵點的方向，採用該向量與X軸的夾角的正切表示： mΣ?(.、ν) = 最終獲得描述子方向。 ?2Λ'·χ/(Λ'，.ν) X,.y
2.根據權利要求1所述的基於軸向插值的配準描述子方向計算方法，其特徵在 於，將半徑為r的整個圓周從0°開始每間隔π/4分為一段圓弧，則X軸插值區間為 (π/4,π/2)、（π/2, 3π/4)、（5π/4, 3π/2)和（3π/2, 7π/4)，在Y軸插值區間為 (0，π/4)、（3π/4，π)、〇，5π/4)和（7π/4, 2π); 在X軸插值區間內，採用X軸方向插值計算，先用公式一求出所有插值點橫坐標，再用 公式二求得相應點的縱坐標； 在Y軸插值區間，採用Y軸方向插值計算，先用公式三求出所有插值點縱坐標，再用公 式四求得相應點的橫坐標，直到獲得圓周上的全部插值點； 公式一、Xi =k±x。，kel，2，···，fr」表示向下取整； 公式二、義=j0+Jr2-彳， ^ 4ι 公式二、Yi =k±y。，ke1,2,···,yr， 公式四、x,_ =X0+士2-yf〇
【文檔編號】G06T7/00GK104318549SQ201410532061
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月10日 優先權日:2014年10月10日
【發明者】吳偉平, 閆得傑, 王棟 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所