logo资料库

基于SIFT的图像配准方法.pdf

发布时间：2022-06-09 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.52M 资料格式：pdf 举报 版权申诉
第1页 / 共7页
第2页 / 共7页
第3页 / 共7页
第4页 / 共7页
第5页 / 共7页
第6页 / 共7页
第7页 / 共7页
资料共7页，全文预览结束
    万方数据
    158 红外与激光工程 第37卷 1．5特征点描述 之间特征点的关系。 以上步骤对每个特征点都分配了位置、尺度和方 设参考图为，@，y)，实时图为J’(x’，y’)，则角点检 向信息，在匹配时可以保证这些特征点对2D几何变 测算法如下。 换保持不变。下一步是对特征点局部区域定义一个特 (1)计算图像J在工和)，方向的偏导t和，，，可 征描述符，使其对亮度变化和视角变化保持不变。 以通过和高斯核函数G(z，)，，力卷积得到。 以特征点为中心取16×16个像素的窗口，分成16个 4X4的子块，在每个子块上计算O，45，90，135，180， 225。270，315这8个方向的梯度大小和梯度方向直方 图。因此，一个4×4的子块可以得到一8个方向的描 述符，则16个子块可以得到128个方向描述符，这 L O，y，以=，@，y)木q(z，)，，力 ，v(工，y，们=，@，y)堆G，@，y，盯) LL@，y，们=t O，)，)J，@，y，力 (6) (2)构造自相关矩阵膨@，y，盯，盯)。此矩阵将通过 个l×128的向量定义为特征描述符向量。最后将此特 一个高斯核函数G(工，)，，们做为加权与原Ha仃is的自相 征描述符向量归一化并对梯度幅值阈值限制，以使其 关矩阵Q(z，y，∞卷积得到： 对亮度的线性变化和照度不均不敏感。 M@，_)，，毋∞=G(工，y，们木Q(工，)，，力= 1．6特征点匹配 利用特征点的特征描述符向量之间的Euc瑚距 离作为特征点的匹配度量，Euclid距离最小的两个特 征点可以认为是匹配的候选点对。然后，用最小的 f ～ 2 G@∥’叻半L阮y'回 ～ 1 G@∥∥户‘‘@’y'∞l(7) G(z，y，力串‘O，y，力j lG@，y，计木t‘0，)，，力 (3)如果矩阵M有两个特征值，求取矩阵的行列 EucHd距离除以第二小的Euclid距离，如果其比值小 式值和矩阵的迹。 于一定阈值，一般取0．6—0．75，则认为候选点对就是 匹配点对，否则，认为是错误的匹配点对。 2改进的SIFT图像配准方法 S册是宽基线条件下图像匹配的较好方法，但是 其不足在于对特征点匹配的要求过于苛刻，特征点的 数量有时根本无法达到计算所需的3对以上；仅仅用 Euchd距离作为匹配度量仍然不能保证精确的匹配点 对，误匹配点对仍然存在；存在一个特征点对应多个 特征点的情况，当特征点对数量较少时，参数拟合误 差较大。因此，为了提高匹配点对的数量，增加多尺度 H删s角点检测的尺度空间表示，从初始匹配开始就 提高特征点的重复率，以利于提高匹配点对的数量； 同时，特征点数量增加带来的是误匹配点对的增加， 所以，有必要采取措施去除误匹配点对，增强不变点 特征的稳定性，同时又保证3个以上的匹配对；此外， 去除一个特征点对应多个特征点的情况，最终使匹配 点对一一对应，将配准误差控制在一个像素范围内。 2．1多尺度H盯ris角点检测 按以上步骤匹配时保证了在每个尺度检测到的 极值点为各个尺度内的特征点，却不能保证这些特征 点在不同的尺度都出现。当参考图和实时图分辨率不 同时，即图像尺度变化很大时，需要找到检测到的特 征点之间的关系，提高特征点的重复率，因此，利用多 尺度H耐s角点检测的尺度空间表示找到不同尺度 万方数据 C(z，)，)=det(M(戈，)，))一n×虹ace(M(x，)，)) (8) 口是一个固定参数，一般取O．4。如果C(z，y)>r，f 是阈值，则可以确定(石，y)即为一个角点。 同理，图像，7也按照上述步骤计算角点。但是，由 于图像J和，’尺度不同，因此必须根据自相关矩阵求 得盯和仃，C和C’的关系。这样，才能对求得的图像， 和，’的角点进行匹配，确保在高斯尺度空间，当尺度 变化时，减小由于因果性带来的含糊性，提高角点的 重复率。 令图像J和，’的像素坐标关系为一=危R肿f，且，(z 7) =戤)，在图像，7和J的自相关矩阵中，采用一嘲一，则： 妇’ dl‘ m’ d’， dv’ d“ 咖’ dv ∽蚓篇 (9) 得到 Q@，们=(2)(L L)=^2尺TQ 7@’，盯7)尺 (1。) 而M(石，盯，面=G(工，面木Q(工，回= J u』'，Q(仉"G(u一“，弘V，面d珊忙 矿f(f∥LQ’(∥，矿)G(∥一Ⅳ’，矿叫’，^葫∥d矿)R二 ●-r ～ 矗尺G(戈，盯7)宰Q’(工’，盯7)R= (11) 0蠢1 M，【xr，叮，。；、R
    第l期 刘小军等：基于SⅡ丌的图像配准方法 159 上式说明如果在图像，和，’的自相关矩阵中，采 (1)不同分辨率，相同传感器的两幅图像之间的 用盯’=^盯，则角点检测必须满足C’=d矿，图像的分辨 率随尺度的增加而减小，即归l肪。若图像川I勺角点检 匹配。图1为不同分辨率下quickbird卫星的图像匹 配。目的是在机场图像中匹配机库的位置。 测算子满足c>f，则当尺度因子为s时，图像j。角点检 测算子必须满足托。>f。 2．2删除误配点对 为删除误配点对，对得到的初始匹配点对聚类， 匹配点特征包括4个参数：2D坐标(工，)，)，尺度和方 向，计算匹配点对的尺度倍数，如果倍数大于均值的 1．5倍或者小于均值的O．75倍，则认为特征点对为误 配点对；同理，计算匹配点对的角度差值，如果差值大 于均值的1．5倍，则认为特征点对为误配点对；这样， 去除明显的尺度和方向离群点对。 当多传感器图像匹配时，先利用已经得到的尺度 和方向参数，对实时图进行相应的变换，得到与参考 图尺度和方向大致相同的图像，然后再利用归一化互 信息(NMI)方法匹配位置特征，取匹配点邻域求其大 小，若其小于阈值，则认为特征点对为误配点，将其删 除。当出现一个特征点对应多个特征点的情况时，选 取归一化互信息较大的特征点对为匹配点对，删除其 余的特征点对。归一化互信息定义如下： M(硼=器-2_器 (12) 式中：埘(墨l，)为图像X和l，的互信息。日(X，功为联合 熵；娥的和日(1，)分别为Sh锄non熵。 改进方法的实验结果如下，图l参考图(a)，实时 图(b)为经过匹配得到的初始匹配点对，也是经过误 匹配删减以后得到的正确匹配点对；(c)为匹配好的 图像，图中黑色的方框所显示的位置就是实时图中机 库在参考图飞机场中的位置。其中参考图发现452个 点，实时图发现327个点，最终找到4个匹配点对，估 计旋转角度为330，估计尺度变化为2．96。实验结果 与实际情况相符，数据准确可靠。在这种情况下，由于 人造建筑物的特征比较明显，图像质量较好，初始匹 配点对因此比较准确，没有产生误配匹配点对。 图l第一个实验的匹配过程 Fig．1 MatcIlil唱p∞ccss of the触t expcrim∞t (2)图像部分内容相同，相同传感器的两幅或多幅 图像间的配准，如图像的无缝镶嵌，由多幅单个图像匹 配，镶嵌成全景图像。图2为遥感图像的无缝镶嵌。目 的是将已知的小尺寸图像拼接成较大尺寸的图像。 改进方法的结果如下，图2(a)，(b)为原图；(c)，(d) 为经过匹配得到的初始匹配点对；(e)，(f)为经过误匹 然后，利用剩下的匹配点对计算尺度和方向参数， 配删减以后得到的最终正确匹配点对；(g)为无缝拼 将实时图变换后验证位置参数，进行循环迭代，删除误 配点对，最终得到不少于3个以上的最佳匹配点对，再 接好的图像。第一幅图发现448个特征点，第二幅图 发现731个特征点，初始匹配候选点对为186，经过删 通过最小二乘法求取相似变换参数，找到实时图在参 除误匹配点，最终找到49个匹配点对，估计旋转角度 考图中的位置，或者对图像进行无缝拼接及配准。 3实验结果及分析 为验证基于S册的图像配准方法，在3种不同 情况下进行匹配实验。在Pend啪Ⅳ2．8 GHz、内存 512M的PC机上采用Matl曲6．5软件平台实现的。 为200，估计尺度变化为1．Ol。从结果图中可以看出， 两幅图像的接缝处过渡平滑，纹理清楚，图中河流连 接顺畅，误差几乎为0。在这种情况下，原S册图像 匹配方法得到81对匹配点对，估计旋转角度为19。， 估计尺度变化为1．1。造成误差的原因是匹配点对较 多，有个别离群点使参数拟合不够准确。 图2第二个实验的匹配过程 Fig．2 Matchil唱肼o∞韶of the辩cond既pcdmcnt 万方数据
    160 红外与激光工程 第37卷 (3)不同传感器的两幅图像之间的配准。图3为 值为O．8，小于此阈值的匹配点对认为是误匹配。所以 NASA不同传感器之间的图像配准。目的是为不同传 感器之间的图像融合做准备，只有在几何形状上配准 以后，才能采用主分量分析、ⅢS变换和小波变换等 方法对图像进行融合。 图3第三个买验的匹配过程 Fig．3 Matching眦ess 0f thc third experime眦 得到的初始匹配点对较少，不过经过删除误匹配点， 仍然找到其中20％的正确匹配点对。 4结束语 文中提出的基于S册图像配准方法能处理大尺度 图像和不同传感器图像配准问题，对于不同分辨率的景 象匹配等完全相似变换问题效果很好，在未对图像进行 任何预处理和滤波的情况下，能提取不同传感器图像的 不变特征。在提取过程中加入多尺度Hafris检测算子的 尺度空间表示，提高了匹配点对的重复率，通过聚类和 归一化互信息对候选匹配点对的角度、尺度和位置特征 进行迭代筛选，删除错误的匹配点对，利用匹配点对的 位置、角度和尺度等特征，得到对两幅图像之间亮度变 化和相似变换保持不变的同名点对，最后通过重采样， 实现不同目的的图像分析和应用。 参考文献： 改进方法的结果如下，(a)，(b)为经过匹配得到的 Ⅱ】 初始匹配点对；(c)，(d)是经过误匹配删减以后得到的 最终的正确匹配点对；(e)为匹配好的图像，由于文中 不是讨论图像融合，因此只是简单地将两幅图进行叠 加。其中参考图发现972个特征点，实时图发现2 199 个特征点，初始匹配候选点对为22，经过删除误匹配 点，最终找到4个匹配点对，估计旋转角度为150，估 计尺度变化为1．458。在这种情况下，原S耵图像匹 配方法存在误匹配或者找不到足够的匹配点对。 实验表明，文中提出的基于S矾'的图像配准方 法对3种情况下的图像匹配都非常有效和稳健。在第 一种情况下，尺度变化非常大，得到最终正确的匹配 点对约为原始点对的1％，在这种情况下，采用一般的 Harris或者sUSAN角点检测算子检测角点，然后利 用黜蝌SAC的方法就无法将内点(正确的匹配点)和 外点(错误的匹配点)区分开。而只有将Harris角点用 尺度空间表示，使其对相似变换不敏感，同时构成不 变特征向量，最终利用距离度量准确找到匹配点对。 在第二种情况下，由于分辨率相同，灰度分布相似的 点比较多，因此初始匹配的点对相对较多，所以，误匹 配的概率也相当高，经过进一步删除误匹配点后，最 终得到的正确匹配点对仍然较多，用最小二乘法得到 的相似变换参数比较准确，配准结果令人满意。在第 三种情况下，尽管分辨率基本相同，但是由于采用不 同传感器成像，匹配难度较大，有必要利用归一化互 信息对初始匹配进行筛选，设邻域大小为30×30，阈 万方数据 LIU Xiaoj峨¨NG Jie，心G Ji觚督o．或aI．Sc哪Inatc峨 sign cor∞lati∞p1．h旺h恻珊耐 妇蛐钾一豫(刘小军，杨杰，凌建国，等．一种增量符号 incI锐n∞t al，pfoach by 相关的景象匹配方法．红外与激光工程)，2006，弱(6)：732—737． 【2】U狲G)(i∞．y趾，)(IJE Mo—g印，HAN Yu·sheng，et a1． 泖ence in城ge stitclling based ∞area fealu∞and cmss c0埘el砒i蛆【J】．hlrar耐蚰d L∞盯Dn毋n∞而唱(冷晓艳，薛 模根，韩裕生，等．基于区域特征与灰度交叉相关的序列图像 【3】 拼接．红外与激光工程)，2005，34(5)：602—605． SC删Ⅷ【D C，M0Ⅲt I己，BAUClc】弘GE C．Evalua虹on 0f imere髓 point detect吣阴．ht唧砌蚰m Joumm 0f compIn盯Vi如峨 【4】H脚S C G's11强旺№M J．A‰b删cofn盯孤d Edgc m眦tor【c】，，pr∞脚of铀AJv呵vi商蛐Co血棚蜕。 2000，37(2)：15l一172． 1988：147一15l- 【5】UDWE D G．Distinctive imagc缸咖r懿劬m scale—inv撕柚t keypoints【J】．h蛔咖嘣删眦Jo删lm 0f CI删put盯vid帆， 2004，印(2)：91一110． L烈嘞ERG T．Scale—sp戤theofy：a b舔ic tool for锄ly如g g岫cnIrcs at di恐rent∞ales田．JoumI of A娜帕ed S协吐鲥船， 19914，21(2)：224—270． 【6】 【7】~ⅡKoI．AJCzYK K．Detc鳓∞of 10cal蛾岫嘟岫ari锄t to 【8】 f9】 affi∞仃ansfbrmatio眦【I)1．Ff龃∞：hstimt Nalional P0lytccbn埘∞ de Grenoble．2002：37—40． BRoWN M，I DWE D G．h甜．mt fc舭s fbm in吼est poim groups【q，／Bri凼h M撕：hI耻vi鳓叫C蛐晚呦oe．2002：656-665． Yv嚣Dufb眦Mlld，oordelia Sc王lmid，lhdu Ho慨Ild．五跚唾re ma蛐ing晰th s∞lc adjus锄锄t【J】．com阳丘盯V瑚蛐删 Ima妒under嘶啪di衄，2004，93(2)：175一194．
    基于SIFT的图像配准方法 作者： 刘小军， 杨杰， 孙坚伟， 刘志， LIU Xiao-Jun， YANG Jie， SUN Jian-Wei， LIU Zhi 作者单位： 刘小军,杨杰,LIU Xiao-Jun,YANG Jie(上海交通大学,图像处理与模式识别研究所,上海 ,200240)， 孙坚伟,SUN Jian-Wei(中国科学院上海技术物理研究所,上海,200083)， 刘志 ,LIU Zhi(上海大学,通信与信息工程学院,上海,200072) 刊名： 红外与激光工程 英文刊名： INFRARED AND LASER ENGINEERING 年，卷(期)： 2008,37(1) 16次 被引用次数： 参考文献(9条) 1.刘小军;杨杰;凌建国 一种增量符号相关的景象匹配方法[期刊论文]-红外与激光工程 2006(06) 2.冷晓艳;薛模根;韩裕生 基于区域特征与灰度交叉相关的序列图像拼接[期刊论文]-红外与激光工程 2005(05) 3.SCHMID C;MOHR R;BAUCKHAGE C Evaluation of interest point detectors[外文期刊] 2000(02) 4.HARRIS C G;STEPHENS M J A Combined Corner and Edge Detector 1988 5.LOWE D G Distinctive image features from scale-invariant keypoints[外文期刊] 2004(02) 6.LINDEBERG T Scale-space theory:a basic tool for analysing structures at different scales 1994(02) 7.MIKOLAJCZYK K Detection of local features invariant to affine transformations 2002 8.BROWN M;LOWE D G Invariant features from interest point groups 2002 9.Yves Dufournaud;Cordelia Schmid;Radu Horaud Image mashing with scale adjustment[外文期刊] 2004(02) 本文读者也读过(7条) 1. 刘立.彭复员.赵坤.万亚平.LIU Li.PENG Fu-yuan.ZHAO Kun.WAN Ya-ping 采用简化SIFT算法实现快速图像匹配 [期刊论文]-红外与激光工程2008,37(1) 2. 李玲玲.李翠华.曾晓明.李保.Li Lingling.Li Cuihua.Zeng Xiaoming.Li Bao 基于Harris-Affine和SIFT特征 匹配的图像自动配准[期刊论文]-华中科技大学学报（自然科学版）2008,36(8) 3. 傅卫平.秦川.刘佳.杨世强.王雯.Fu Weiping.Qin Chuan.Liu Jia.Yang Shiqiang.Wang Wen 基于SIFT算法的图 像目标匹配与定位[期刊论文]-仪器仪表学报2011,32(1) 4. 张锐娟.张建奇.杨翠.ZHANG Rui-juan.ZHANG Jian-qi.YANG Cui 基于SURF的图像配准方法研究[期刊论文]-红 外与激光工程2009,38(1) 5. 李晓明.郑链.胡占义.LI Xiao-ming.ZHENG Lian.HU Zhan-yi 基于SIFT特征的遥感影像自动配准[期刊论文]-遥 感学报2006,10(6) 6. 纪华.吴元昊.孙宏海.王延杰.JI Hua.WU Yuan-hao.SUN Hong-hai.WANG Yan-jie 结合全局信息的SIFT特征匹配 算法[期刊论文]-光学精密工程2009,17(2) 7. 张春美.龚志辉.孙雷.ZHANG Chun-mei.GONG Zhi-hui.SUN Lei 改进SIFT特征在图像匹配中的应用[期刊论文]- 计算机工程与应用2008,44(2) 引证文献(17条) 1.周峰.刘辉.李超峰 SIFT算法在图像配准中的应用[期刊论文]-办公自动化(综合版) 2009(11) 2.张建德.陆金桂 工件视觉测量中的图像配准[期刊论文]-南京工业大学学报（自然科学版） 2011(3) 3.曹世翔.江洁.张广军.袁艳 边缘特征点的多分辨率图像拼接[期刊论文]-计算机研究与发展 2011(9) 4.魏晓敏.黎宁 高斯核尺寸对SIFT算法的影响[期刊论文]-中国电子商情·通信市场 2010(6) 5.安建妮.刘贵喜 利用特征点配准和变换参数自动辨识的图像拼接算法[期刊论文]-红外与激光工程 2011(3)
    6.赵秀影.王洪玉.杨子龙.周海参 基于误差阈值和最小二乘图像拼接关系矩阵的实现[期刊论文]-光电技术应用 2011(2) 7.王勃.龚志辉.靳克强.张一平 一种改进的无人机影像拼接方法[期刊论文]-计算机工程与应用 2011(35) 8.茹朝阳 基于SIFT特征的遥感影像自动配准[期刊论文]-城市勘测 2009(6) 9.于雅楠.王向军 采用频闪成像技术的柔性气动外形运动物体SIFT特征跟踪[期刊论文]-红外与激光工程 2011(9) 10.张建花.白仲斐.惠广裕 基于SIFT算法的异源遥感影像自动匹配研究[期刊论文]-电子设计工程 2011(13) 11.王晓丽.王丽荣 基于改进SIFT算法的局域盲人图像导航方法研究[期刊论文]-长春大学学报（自然科学版） 2010(5) 12.康燕妮.黄欢.朱玉艳.来沛剑 基于SIFT的超分辨率图像配准及MATLAB实现[期刊论文]-电脑知识与技术 2009(28) 13.梁栋.颜普.朱明.胡根生 一种基于NSCT和SIFT的遥感图像配准算法[期刊论文]-仪器仪表学报 2011(5) 14.董博.陶忠祥.苏伍各 基于SIFT的红外与可见光图像配准方法[期刊论文]-火力与指挥控制 2011(11) 15.张锐娟.张建奇.杨翠 基于SURF的图像配准方法研究[期刊论文]-红外与激光工程 2009(1) 16.鄢余武.姚小强.孙亚军 基于两特征博弈的图像配准方法[期刊论文]-计算机应用研究 2011(5) 17.刘婷.赵惠燕 基于局部特征提取的棉蚜天敌识别[期刊论文]-计算机工程与设计 2010(16) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_hwyjggc200801036.aspx
    分享到：
    赞 收藏

    相关推荐

    资料库

    课程资源

    共收录17145份资料，累计13个分类，关注成员有19位，主要包括：PHP,网络管理,网页制作,Java,.Net,数据库,3G/移动开发,C/C++,游戏开发,嵌入式,讲义,软件测试,专业指导

    热门标签

    PHP 网络管理 网页制作 Java .Net 数据库 3G/移动开发 C/C++ 游戏开发 嵌入式 讲义 软件测试 专业指导

    最新资料