一種圖像連通區域描述方法及其在圖像配準中的應用方法

2023-04-27 03:40:06

一種圖像連通區域描述方法及其在圖像配準中的應用方法
【專利摘要】本發明提供一種圖像連通區域描述方法，以及一種基於此連通區域描述方法的圖像配準方法。為刻畫圖像當前連通區域的局部形狀特徵和全局相對位置信息，本發明定義了局部距離上下文和全局距離上下文；局部距離上下文和全局距離上下文均具有平移、旋轉、尺度不變性，組合在一起構成了一種良好的圖像連通區域描述子。基於此連通區域描述子，本發明提供一種圖像配準方法，該方法可對兩幅同時存在旋轉、平移、尺度變化的圖像進行精確配準，因而可應用於自動光學檢測(如印刷電路板瑕疵檢測)中的圖像配準。
【專利說明】一種圖像連通區域描述方法及其在圖像配準中的應用方法
[0001]

【技術領域】：本發明涉及數字圖像處理領域，具體涉及一種圖像連通區域描述方法 及其在圖像配準中的應用方法。

【背景技術】：
[0002] 為保證100 %的質量達標，自動光學檢測（Α0Ι)廣泛應用於工業生產如印刷電路 板（PCB)生產領域。圖像配準在Α0Ι技術中佔有重要地位。現有的圖像配準方法大致可分 為兩類：基於區域的方法和基於特徵的方法.
[0003] 基於區域的方法也稱為類相關法或模板匹配法。該方法只利用兩幅圖像的某種 統計信息作為相似性判別標準，採用適當的搜索算法得到令相似性判別標準最大化的圖 像轉換形式，以達到圖像配準的目的。主要特點是實現比較簡單，但應用範圍較窄，不能直 接用於校正圖像的非線性形變，而且在最優變換的搜索過程中運算量較大。如文獻1(S. Mashohor,J. R. Evans,T. Arslan. Image Registration of Printed Circuit Boards using Hybrid Genetic Algorithm. IEEE Congress on Evolutionary Computation，page (s): 2685-2690,2006)提出一種混合爬山（hill-climbing)、精英（elitism)策略的遺傳算法進 行圖像配準，該算法能處理圖像配準中較簡單的平移和旋轉變換，但難以處理其他複雜的 變換，而且很耗時，對初始化參數比較敏感。
[0004] 基於特徵的圖像配準算法通過抽取某些幾何特徵如角點、高曲率點、線片段、目標 輪廓或邊緣等特徵，並對他們進行匹配以實現圖像的匹配。這類方法配準時計算量小，速度 較快，應用也更為廣泛。但由於角點、高曲率點、線片段、目標輪廓或邊緣等的定位易受噪聲 及光照變化的影響，圖像配準精度通常難以滿足Α0Ι這種對精度要求較高的場合。
[0005] 對圖像形狀的描述，常用的有傅立葉描述子（FD :Fourier descriptor)、曲率尺 度空間描述子（CSSD:curvature scale space descriptor)、形狀上下文描述子等。文 獻 2(D. Zhang, G. Lu. A comparative study of curvature scale space and Fourier descriptors. Journal of visual communication and image representation,2003, 14(1) :41-60.)對FD和CSSD在圖像檢索中的應用進行了比較，發現FD在效果和效率方 面優於 CSSD。文獻 3 (C.S. Chen，C.W.Yeh，P.Y. Yin. A novel Fourier descriptor based image alignment algorithm for automatic optical inspection. Journal of visual communication and image representation，2009, 20 :178-189.)提出根據連通區域輪廓 的傅立葉描述子的幅值和相位相似測度實現圖像配準，所使用的FD具有平移、旋轉、尺度 不變性，但FD畢竟只是一種局部特徵描述子，當圖像中包含若干相似的目標輪廓時，使用 FD無法對他們進行區分，因而基於FD的圖像配準方法精度仍難以保證。


【發明內容】
：
[0006] 為克服現有圖像描述子如傅立葉描述子的不足，本發明提供一種同時包含局部形 狀信息與全局位置信息的、滿足平移、旋轉、尺度不變性的計算簡單的圖像連通區域描述方 法，並在此基礎上提供一種精度高、計算量小的圖像配準方法。
[0007] -種圖像連通區域描述方法，包括以下步驟：
[0008] A1，輸入待處理圖像P;
[0009] A2，提取圖像P中的連通區域及其參考點，記R1、R2...RN為從圖像P中提取出的N 個連通區域，且氏：{(Χυ,Υ?」）| j = 1. · · nj (其中叫為氏中的點的個數），?的參考點記為 (Χ-- Yi) (i = 1. . . N)；
[0010] △3，對圖像？中每一個連通區域氏（1 = 1...沁，計算其局部距離上下戈'和全局距

【權利要求】
1. 一種圖像連通區域描述方法，其特徵在於，包括以下步驟： S1-1，輸入待處理圖像P ; S1-2,提取圖像P中的連通區域及其參考點，記Ri、R2. . . RN為從圖像P中提取出的N個 連通區域，且Ri :{(Xij，yj I j = 1. · .nj (其中叫為氏中的點的個數），氏的參考點記為 (Χ-- Yi) (i = 1... N)； Sl-3,對圖像P中每一個連通區域氏（i = 1... N)，計算其局部距離上下文丨和全局距離 上下文
並輯和
+別作為連通區域氏的局部形狀描述子和全局相對位置描述子；
S1-4,輸出圖像P中每一個連通區域氏（i = 1. . . N)的描a
2. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟S1-2所述連通區域提取方法如下： 首先利用預設的閾值t將圖像P二值化，記二值化結果為B，即
；然 後對二值圖像B進行連通區域標記，B中標記出來的面積大於某一預設參數的連通區域即 為從圖像P中所需提取的連通區域。
3. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟S1-2所述連通區域氏（i = 1. . . N) 的參考點（Xi，yj為連通區域氏的質心（或形心）或連通區域氏的輪廓坐標的統計平均 量。
4. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟S1-3所述連通區域氏（i = 1. . . N) 的局部距離上下文~定義為&的參考點（Xi，yi)與&中各點（j = 1. . . η)的歸一 化加權距離直方圖，設該直方圖的頻數為&，加權函數為Wl
i勺計算步驟如下： S4-1，初始仂
S4-2,計算點（Xp y)與（Xu, yd的距離dij (j = 1. . . nj，並令屯為中的 最大值，即

S4-3,統計
f的加權距離直方圖： 對j = 1到叫，執行 若
54- 4,對
進行歸一化處理：計i
並4
5. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟S1-3所述連通區域氏（i = 1. . . N)
的全局距離上下文
定義為氏的參考點（Xi，yi)與其餘連通區域Rj(l彡j彡隊，j尹i)的 參考點（\，yj的歸一化加權距離直方圖，設該直方圖的頻數為&，加權函數為 的計
算步驟如下： 55- 1，初始化 S5-2,計算點（Xi，y)與（Xi，yj (1彡j彡N，j關i)的距離δ u，並令δ i為{ δ υ : 1彡j彡N，j關i}中的最大值，即
S5-3,統計{ δ υ | 1彡j彡N，j關i}的加權距離直方圖： 對 j = 1. · · i-1，i+1. · ·Ν，執行 若
55- 4,對進行歸一化處理：計灣
並令

6.基於權利要求1所述的圖像連通區域描述方法，提供一種基於圖像連通區域距離上 下文的圖像配準方法，其特徵在於，包括以下步驟： 56- 1，輸入參考圖像P和待配準圖像T ; S6-2,提取參考圖像P和待配準圖像T中的連通區域，記Rrl、Rr2. · · Rrm和Rtl、Rt2. · · Rtn 分別為從參考圖像P和待配準圖像T中提取的m個和n個連通區域； S6-3,令局部距離上下文和全局距離上下文中的直方圖頻數為K，根據權利要求1所描 述方法，計算連通區域Rh (i = 1. . . m)的局部距離上下文<和全局距離上下文
，以及連通 區域Rtj (j = 1. . . η)的局部距離上下戈和全局距離上下戈

S6-4,由
_
計算連通區域和連通區域Rtj的距離
其中α > 〇和β > 〇為加權係數滿足α +β = 1。 S6-5,根據(^(i = 1. · · m，j = 1. · · η)確定參考圖像Ρ和待配準圖像Τ之間相互匹配 的連通區域對：{Rrt，Rw}為一對相互匹配的連通區域對，若且唯若
且
S6-6,根據步驟S6-5所確定的參考圖像P與待配準圖像T之間相互匹配的連通區域對 信息，利用最小二乘法估計參考圖像與待配準圖像之間的平移、旋轉、尺度等變換參數； S6-7,根據步驟S6-6估計的變換參數對參考圖像P與待配準圖像T進行配準。
【文檔編號】G06T7/00GK104156938SQ201310181815
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2013年5月14日 優先權日:2013年5月14日
【發明者】鄭成勇 申請人:五邑大學