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1. CN104318568 - 一种图像配准的方法和系统

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[ ZH ]
一种图像配准的方法和系统


技术领域
本发明属于图像处理领域,尤其涉及一种图像配准的方法和系统。
背景技术
对经过同一采集点的两个不同时间段的同一车辆进行线扫描,对线扫描图像进行配准保证车辆行车安全的重要且关键的部分。车辆图像可能存在油斑、水渍、螺栓丢失及字迹涂写等异物问题,由于异物的尺寸大小不定,造成异物的特征不易提取,因此对图像的配准精度要求比较高。线扫描相机通过动车的即时速度确定扫描频率,图像的宽度方向上没有失真,但动车的长度较长且在很短的时间内速度不是恒定的,因此由于车速和扫描频率不匹配,线扫描动车图像在高度方向上存在局部失真的问题,即在高度方向上,两幅图像的偏移不是整体的偏移,而是局部存在偏移,局部的位置不确定,且偏移行数不确定,严重影响了动车图像的异常检测。不同时刻获得的动车图像可能存在光照、噪声、拍摄角度等的影响,如何得到鲁棒、高精度、高效的匹配结果是研究的难点之一。目前,典型的图像配准算法主要包括基于模板配准的算法、基于SIFT(尺度不变特征变换)特征的配准算法、基于FFT(傅立叶变换)的相位相关法的配准算法、基于多显著特征的配准算法等,现有技术存在数据量和计算量大的问题。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种图像配准方法和配准系统,以解决现有技术的数据量和计算量大的问题。
本发明实施例是这样实现的,一种图像配准的方法,所述方法包括以下步骤:
获取待配准图像和参考图像;
对所述待配准图像和参考图像进行形态学处理,将所述待配准图像分为多个大小相同的待配准子图像,将所述参考图像分为多个大小相同的参考子图像;
从所述参考子图像中确定起始参考子图像,根据所述起始参考子图像设定参考模板,将所述参考模板与所述待配准子图像进行配准,根据所述配准的结果获取起始偏移量;
根据所述起始偏移量配准所述起始待配准子图像,并通过二分法确定经过所述配准的起始待配准子图像是否包含局部偏移量,如果包含则获取所述局部偏移量;
根据所述起始偏移量和/或局部偏移量配准所述待配准图像。
本发明实施例的另一目的在于提供一种图像配准的系统,所述系统包括:
图像获取单元,用于获取待配准图像和参考图像;
形态学处理单元,用于对所述图像获取单元获取的待配准图像和参考图像进行形态学处理,将所述待配准图像分为多个大小相同的待配准子图像,将所述参考图像分为多个大小相同的参考子图像;
起始偏移量获取单元,用于从所述形态学处理单元获取的参考子图像中确定起始参考子图像,根据所述起始参考子图像设定参考模板,将所述参考模板与所述待配准子图像进行配准,根据所述配准的结果获取起始偏移量;
局部偏移量确定单元,用于根据所述起始偏移量获取单元获取的起始偏移量配准所述起始待配准子图像,并通过二分法确定经过所述配准的起始待配准子图像是否包含局部偏移量,如果包含则获取所述局部偏移量;
配准单元,用于根据所述起始偏移量获取单元获取的起始偏移量和/或局部偏移量确定单元确定的局部偏移量配准所述待配准图像。
本发明实施例,通过对参考图像和待配准图像的形态学处理,获取参考图像和待配准图像之间的起始偏移量和局部偏移量,并根据该起始偏移量和局部偏移量对待配准图像进行配准,使得图像配准的过程快速、计算简便。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的图像配准方法的流程图;
图2是本发明实施例提供的图像配准系统的结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
为了说明本发明所述的技术方案,下面通过具体实施例来进行说明。
实施例一
如图1所示为本发明实施例提供的图像配准方法的流程图,所述方法包括以下步骤:
在步骤S101中,获取待配准图像和参考图像。
在本发明实施例中,进行图像配准的装置首先获取待配准图像和作为参考的参考图像。
在步骤S102中,对所述待配准图像和参考图像进行形态学处理,将所述待配准图像分为多个大小相同的待配准子图像,将所述参考图像分为多个大小相同的参考子图像。
在本发明实施例中,在获取了待配准图像和参考图像之后,对该待配准图像和该参考图像进行形态学处理,将所述待配准图像分为多个大小相同的待配准子图像,将所述参考图像分为多个大小相同的参考子图像。所述对所述待配准图像和参考图像进行形态学处理的步骤,包括:
1、对所述待配准图像和参考图像进行降分辨率处理。
在本发明实施例中,首先对待配准图像和参考图像进行降分辨率处理,其中,分辨率的降低倍数dRate由待配准图像或参考图像中最小部件螺栓的半径dRadiu决定。在本实施例中,dRate=Round(dRadiu/10),Round()为取整函数。
2、通过Canny算子分别对所述经过降分辨率处理的待配准图像和参考图像进行边缘提取,获取第一边缘图和第二边缘图,所述第一边缘图为待配准图像的边缘图,所述第二边缘图为所述参考图像的边缘图。
在本发明实施例中,被降分辨率处理后的待配准图像和参考图像,经过Canny算子的计算,对该经过降分辨率处理的待配准图像和参考图像进行边缘提取,其中,Canny算子的高低阈值由图像的整体灰度平均值meanValue决定:高阈值为meanValue*2,低阈值为meanValue/2。通过Canny算子对经过降分辨率处理的待配准图像和参考图像进行边缘提取的步骤使用现有技术,在此不作赘述。
3、分别对所述第一边缘图和所述第二边缘图进行形态学膨胀,获取第一膨胀边缘图和第二膨胀边缘图。
在本发明实施例中,分别对第一边缘图和第二边缘图进行形态学膨胀,以使边缘图符合后续的处理要求,形态学膨胀使用的结构元包括但不限于:3*3的圆盘。
4、在宽度方向分别对所述第一膨胀边缘图和所述第二膨胀边缘图进行投影,获取第一峰值和第二峰值,所述第一峰值为第一边缘图的投影直方图的峰值,所述第二峰值为第二边缘图的投影直方图的峰值。
5、获取所述第一峰值和所述第二峰值的差值,并以所述差值的大小为单位对所述待配准图像和所述参考图像进行分段,每段待配准图像为待配准子图像,每段参考图像为参考子图像。
在本发明实施例中,获取第一峰值和第二峰值之间的差值,以该差值为单位对待配准图像和参考图像进行分段,分段出的小图像即为待配准图像或参考图像的子图像,该子图像的大小与该峰值相同。
作为本发明的一个可选实施例,在所述通过Canny算子分别对所述经过降分辨率处理的待配准图像和参考图像进行边缘提取的步骤之前,对所述待配准图像和参考图像进行降分辨率处理的步骤之后,所述方法还包括以下步骤:
6、分别对所述经过降分辨率处理的待配准图像和参考图像进行平滑处理。
在本发明实施例中,为了获得更好的边缘提取效果,在通过Canny算子进行边缘提权的步骤之前,还可以对经过降分辨率处理的待配准图像和参考图像进行平滑处理。
在步骤S103中,从所述参考子图像中确定起始参考子图像,根据所述起始参考子图像设定参考模板,将所述参考模板与所述待配准子图像进行配准,根据所述配准的结果获取起始偏移量。
在本发明实施例中,从参考子图像设定一个起始参考子图像,根据起始参考子图像设定参考模板,将该参考模板在待配准子图像上进行滑动配准,根据配准的结果确定起始偏移量。所述从所述参考子图像中确定一个起始参考子图像,根据所述起始参考子图像设定参考模板,将所述参考模板与所述待配准子图像进行配准,根据所述配准的结果确定起始偏移量的步骤,包括:
1、从参考子图像中确定一个起始参考子图像。
2、根据所述起始参考子图像设定参考模板,所述参考模板为所述起始参考子图像的整体或所述起始参考子图像的部分。
在本发明实施例中,参考模板可以为该起始参考子图像的整体,也可以为该起始参考子图像的部分。
3、将所述参考模板在所述待配准子图像中进行滑动配准,根据参考模板与待配准子图像的像素值确定参考模板与待配准子图像的信息相似度。
在本发明实施例中,参考模板和待配准子图像都是二值化图像,参考模板在待配准子图像上滑动时,如果参考模板和待配准子图像在相同坐标点的像素值相同,则记该像素点的相似度为1,如果不同,则为0,所有像素点的相似度结果相加然后除以参考模板边缘点的数量,即为参考模板与待配准子图像的信息相似度。
4、获取起始待配准子图像,将所述起始待配准子图像的坐标与所述起始参考子图像的坐标的差值确定为起始偏移量,所述起始待配准子图像为所述信息相似度与所述起始参考子图像最相似的待配准子图像。
在步骤S104中,根据所述起始偏移量配准所述起始待配准子图像,并通过二分法确定经过所述配准的起始待配准子图像是否包含局部偏移量,如果包含则获取所述局部偏移量。
在本发明实施例中,计算起始参考子图像和经过配准的起始待配准图像的信息相似度S1,并将起始参考子图像和经过配准的起始待配准子图像二分,计算二分后的起始参考子图像与经过配准的起始待配准子图像的信息相似度S2,若S1≥S2,说明经过配准的起始待配准图像未出现偏移,如果S1
在步骤S105中,根据所述起始偏移量和/或局部偏移量配准所述待配准图像。
在本发明实施例中,上述步骤中获取的起始偏移量、局部偏移量都用于配准待配准图像。所述根据所述起始偏移量和/或局部偏移量配准所述待配准图像的步骤,包括:
如果起始参考子图像与起始待配准子图像不包含局部偏移量,则根据起始偏移量配准待配准图像;或者,
如果起始参考子图像与起始待配准子图像包含局部偏移量,则根据起始偏移量与局部偏移量的和配准待配准图像。
本发明实施例,通过对参考图像和待配准图像的形态学处理,获取参考图像和待配准图像之间的起始偏移量和局部偏移量,并根据该起始偏移量和局部偏移量对待配准图像进行配准,使得图像配准的过程快速、计算简便。
实施例二
如图2所示为本发明实施例提供的图像配准系统的结构图,为了便于说明,仅示出与本发明实施例相关的部分,包括:
图像获取单元201,用于获取待配准图像和参考图像。
在本发明实施例中,图像获取单元201首先获取待配准图像和作为参考的参考图像。
形态学处理单元202,用于对所述图像获取单元201获取的待配准图像和参考图像进行形态学处理,将所述待配准图像分为多个大小相同的待配准子图像,将所述参考图像分为多个大小相同的参考子图像。
在本发明实施例中,在获取了待配准图像和参考图像之后,形态学处理单元202对该待配准图像和该参考图像进行形态学处理,将所述待配准图像分为多个大小相同的待配准子图像,将所述参考图像分为多个大小相同的参考子图像。所述形态学处理单元202,包括:
降分辨率子单元2021,用于对所述待配准图像和参考图像进行降分辨率处理。
在本发明实施例中,首先对待配准图像和参考图像进行降分辨率处理,其中,分辨率的降低倍数dRate由待配准图像或参考图像中最小部件螺栓的半径dRadiu决定。在本实施例中,dRate=Round(dRadiu/10),Round()为取整函数。
边缘提取子单元2022,用于通过Canny算子对经过所述降分辨率子单元2021降分辨率处理的待配准图像和参考图像进行边缘提取,获取第一边缘图和第二边缘图,所述第一边缘图为待配准图像的边缘图,所述第二边缘图为所述参考图像的边缘图。
在本发明实施例中,被降分辨率处理后的待配准图像和参考图像,经过Canny算子的计算,对该经过降分辨率处理的待配准图像和参考图像进行边缘提取,其中,Canny算子的高低阈值由图像的整体灰度平均值meanValue决定:高阈值为meanValue*2,低阈值为meanValue/2。通过Canny算子对经过降分辨率处理的待配准图像和参考图像进行边缘提取的步骤使用现有技术,在此不作赘述。
膨胀子单元2023,用于对所述边缘提取子单元2022获取的第一边缘图和所述第二边缘图进行形态学膨胀,获取第一膨胀边缘图和第二膨胀边缘图。
在本发明实施例中,分别对第一边缘图和第二边缘图进行形态学膨胀,以使边缘图符合后续的处理要求,形态学膨胀使用的结构元包括但不限于:3*3的圆盘。
投影子单元2024,用于在宽度方向对所述膨胀子单元2023获取的第一膨胀边缘图和第二膨胀边缘图进行投影,获取第一峰值和第二峰值,所述第一峰值为第一边缘图的投影直方图的峰值,所述第二峰值为第二边缘图的投影直方图的峰值。
分段子单元2025,用于获取所述投影子单元2024获取的第一峰值和所述第二峰值的差值,并以所述差值的大小为单位对所述待配准图像和所述参考图像进行分段,每段待配准图像为待配准子图像,每段参考图像为参考子图像。
在本发明实施例中,获取第一峰值和第二峰值之间的差值,以该差值为单位对待配准图像和参考图像进行分段,分段出的小图像即为待配准图像或参考图像的子图像,该子图像的大小与该峰值相同。
作为本发明的一个可选实施例,在所述边缘提取子单元2022获取第一边缘图和第二边缘图之前,降分辨率子单元2021降分辨率处理之前,所述系统还包括:
平滑处理子单元2026,用于对所述经过降分辨率处理的待配准图像和参考图像进行平滑处理。
在本发明实施例中,为了获得更好的边缘提取效果,在通过Canny算子进行边缘提权的步骤之前,还可以对经过降分辨率处理的待配准图像和参考图像进行平滑处理。
起始偏移量获取单元203,用于从所述形态学处理单元202获取的参考子图像中确定起始参考子图像,根据所述起始参考子图像设定参考模板,将所述参考模板与所述待配准子图像进行配准,根据所述配准的结果获取起始偏移量。
在本发明实施例中,从参考子图像设定一个起始参考子图像,根据起始参考子图像设定参考模板,将该参考模板在待配准子图像上进行滑动配准,根据配准的结果确定起始偏移量。所述起始偏移量获取子单元203,包括:
起始参考子图像确定子单元2031,用于从参考子图像中确定一个起始参考子图像。
参考模板确定子单元2032,用于根据所述起始参考子图像确定子单元2031确定的起始参考子图像设定参考模板,所述参考模板为所述起始参考子图像的整体或所述起始参考子图像的部分。
在本发明实施例中,参考模板确定子单元2032确定的参考模板可以为起始参考子图像的整体,也可以为起始参考子图像的部分。
信息相似度确定子单元2033,用于将所述参考模板确定子单元2032确定的参考模板在所述待配准子图像中进行滑动配准,根据参考模板与待配准子图像的像素值确定参考模板与待配准子图像的信息相似度。
在本发明实施例中,参考模板和待配准子图像都是二值化图像,参考模板在待配准子图像上滑动时,如果参考模板和待配准子图像在相同坐标点的像素值相同,则记该像素点的相似度为1,如果不同,则为0,所有像素点的相似度结果相加然后除以参考模板边缘点的数量,即为参考模板与待配准子图像的信息相似度。
起始偏移量确定子单元2034,用于获取起始待配准子图像,将所述起始待配准子图像的坐标与所述起始参考子图像的坐标的差值确定为起始偏移量,所述起始待配准子图像为所述信息相似度确定子单元2033确定信息相似度与所述起始参考子图像最相似的待配准子图像。
局部偏移量确定单元204,用于根据所述起始偏移量获取单元203获取的起始偏移量配准所述起始待配准子图像,并通过二分法确定经过所述配准的起始待配准子图像是否包含局部偏移量,如果包含则获取所述局部偏移量。
在本发明实施例中,计算起始参考子图像和经过配准的起始待配准图像的信息相似度S1,并将起始参考子图像和经过配准的起始待配准子图像二分,计算二分后的起始参考子图像与经过配准的起始待配准子图像的信息相似度S2,若S1≥S2,说明经过配准的起始待配准图像未出现偏移,如果S1
配准单元205,用于根据所述起始偏移量获取单元203获取的起始偏移量和/或局部偏移量确定单元204确定的局部偏移量配准所述待配准图像。
在本发明实施例中,起始偏移量获取单元203获取的起始偏移量和局部偏移量确定单元204确定的局部偏移量都用于配准待配准图像。所述配准单元205,包括:
起始偏移量配准子单元2051,用于如果起始参考子图像与起始待配准子图像不包含局部偏移量,则根据起始偏移量配准待配准图像。
起始偏移量和局部偏移量配准子单元2052,用于如果起始参考子图像与起始待配准子图像包含局部偏移量,则根据起始偏移量与局部偏移量的和配准待配准图像。
本发明实施例,通过对参考图像和待配准图像的形态学处理,获取参考图像和待配准图像之间的起始偏移量和局部偏移量,并根据该起始偏移量和局部偏移量对待配准图像进行配准,使得图像配准的过程快速、计算简便。
本领域普通技术人员可以理解为上述实施例二所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的,但并不局限于上述的划分,只要能够实现相应的功能即可;另外,各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分,并不用于限制本发明的保护范围。
本领域普通技术人员还可以理解,实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成,所述的程序可以在存储于一计算机可读取存储介质中,所述的存储介质,包括ROM/RAM、磁盘、光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。