基于軸向插值的配準(zhǔn)描述子方向計(jì)算方法
【專利摘要】基于軸向插值的配準(zhǔn)描述子方向計(jì)算方法，涉及圖像數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域，解決采用現(xiàn)有方法處理圖像時(shí)存在對(duì)圖像的光照和視角變化處理效果差以及對(duì)圖像的旋轉(zhuǎn)度計(jì)算精度低等問題，本發(fā)明提出一種能快速、對(duì)各旋轉(zhuǎn)方向響應(yīng)一致的描述子方向矢量的方法，在傳感器獲得圖像后，實(shí)時(shí)對(duì)圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，為后續(xù)圖像處理算法提供配準(zhǔn)后的圖像數(shù)據(jù)。采用圖像亮度質(zhì)心不變矩的方向矢量計(jì)算方法，該方法的對(duì)全方位旋轉(zhuǎn)角度的計(jì)算精度更均衡，且精度與SURF方法略有提升，計(jì)算速度是SURF方向矢量的四倍以上。采用的系數(shù)矩陣的計(jì)算方式，配準(zhǔn)時(shí)只需完成系數(shù)矩陣與圖像的乘法，且易于并行處理。這種方式在具有浮點(diǎn)型計(jì)算精度的同時(shí)，極大地優(yōu)化計(jì)算速度。
【專利說明】基于軸向插值的配準(zhǔn)描述子方向計(jì)算方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及圖像數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域，具體涉及矩不變量計(jì)算，用于圖像配準(zhǔn)和圖像融 合技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002] 圖像配準(zhǔn)技術(shù)是圖像拼接，圖像融合，目標(biāo)識(shí)別，3D重建、圖像恢復(fù)、相機(jī)定位、計(jì) 算機(jī)視覺等眾多圖像處理技術(shù)的技術(shù)基礎(chǔ)和關(guān)鍵環(huán)節(jié)，主要可以分為基于灰度的方法和基 于特征的方法兩大類。后者由于提取特征后僅對(duì)特征進(jìn)行計(jì)算，相對(duì)前者其計(jì)算量較少，對(duì) 噪聲、光照、視角和尺度變化不敏感，算法效率及配準(zhǔn)精度高，具有很好的魯棒性，因而成為 當(dāng)前圖像配準(zhǔn)領(lǐng)域的主要研究方向。早期基于特征的算法包括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(dāng)，并且大幅度提高了配準(zhǔn)速度。SURF算法的計(jì)算速 度可以比SIFT快3倍，它可以對(duì)圖像的旋轉(zhuǎn)、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(shí)不如SIFT算法。本文中設(shè)計(jì)了基于圖像亮度質(zhì)心不變矩 的方向矢量計(jì)算方法，該方法的對(duì)旋轉(zhuǎn)的計(jì)算精度更高，計(jì)算速度是SURF方向矢量的4倍 以上。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明為解決采用現(xiàn)有方法處理圖像時(shí)存在對(duì)圖像的光照和視角變化處理效果 差以及對(duì)圖像的旋轉(zhuǎn)度計(jì)算精度低等問題，提供一種高精度基于軸向插值的配準(zhǔn)描述子方 向計(jì)算方法。
[0005] 步驟一、選擇半徑為r的圓形圖像區(qū)域，所述圓形圖像區(qū)域的圓心作為特征點(diǎn)的 中心，所述特征點(diǎn)中心坐標(biāo)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(duì)應(yīng)X軸的長(zhǎng)度為cx，對(duì)應(yīng)Y軸的長(zhǎng)度為cy，CX>cy，上述區(qū)間稱為X 軸插值區(qū)間；cx〈cy,上述區(qū)間稱為Y軸插值區(qū)間，在X軸插值區(qū)間內(nèi)，采用X軸方向插值計(jì) 算，在Y軸插值區(qū)間，采用Y軸方向插值計(jì)算，獲得圓周上的全部插值點(diǎn)；
[0006] 步驟二、計(jì)算圓周上相鄰插值點(diǎn)的插值系數(shù)，在X軸插值區(qū)間內(nèi)，插值點(diǎn)I(Xi，yi) 由兩個(gè)相鄰點(diǎn)/(a,[乃」)和/(?I+LvJ)插值而成，（1+[乃」-乃）和a-L乃」)分別為所述相 鄰點(diǎn)/CbLyJ)和J(A，1 +U_」)對(duì)應(yīng)I(Xi,Yi)的插值系數(shù)；在Y軸插值區(qū)間內(nèi)，I(Xi,y)由相 鄰點(diǎn)對(duì)七」,)和八1+U」，)插值而成，G+U」-.')和(?-LxJ)分別為這兩個(gè)相鄰點(diǎn)對(duì) 應(yīng)IUi,yi)的插值系數(shù)；
[0007] 步驟三、將步驟二中獲得的相鄰插值點(diǎn)的插值系數(shù)疊加到相鄰點(diǎn)上進(jìn)行計(jì)算，對(duì) 所述半徑為r的圓形圖像區(qū)域的系數(shù)矩陣設(shè)定為邊長(zhǎng)是2*r+l的正方形數(shù)組，該矩陣與以 特征點(diǎn)為中心的正方形區(qū)域中的像素--對(duì)應(yīng)，
[0008] 首先，將系數(shù)矩陣中的所有元素置為0 ;然后對(duì)于圓形圖像區(qū)域內(nèi)的像素點(diǎn)對(duì)應(yīng) 的系數(shù)置為I;最后將步驟二得到的所有插值點(diǎn)所對(duì)應(yīng)軸向相鄰點(diǎn)的插值系數(shù)加到系數(shù)矩 陣的對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)位置上，獲得圖像的插值系數(shù)矩陳：
[0009] 步驟四、定義圖像矩公式為

【權(quán)利要求】
1.基于軸向插值的配準(zhǔn)描述子方向計(jì)算方法，其特征是，該方法由以下步驟實(shí)現(xiàn)： 步驟一、選擇半徑為r的圓形圖像區(qū)域，所述圓形圖像區(qū)域的圓心作為特征點(diǎn)的中心， 所述特征點(diǎn)中心坐標(biāo)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(duì)應(yīng)X軸的長(zhǎng)度為CX，對(duì)應(yīng)Y軸的長(zhǎng)度為cy，cx>cy,上述區(qū)間稱為X軸插 值區(qū)間；cx〈cy,上述區(qū)間稱為Y軸插值區(qū)間，在X軸插值區(qū)間內(nèi)，采用X軸方向插值計(jì)算， 在Y軸插值區(qū)間，采用Y軸方向插值計(jì)算，獲得圓周上的全部插值點(diǎn)； 步驟二、計(jì)算圓周上相鄰插值點(diǎn)的插值系數(shù)，在X軸插值區(qū)間內(nèi)，插值點(diǎn)I(Xi，yi)由 兩個(gè)相鄰點(diǎn)bJ)和,(.v/,1+U」)插值而成，（1+bJ)和(>)-U」)分別為所述相鄰 點(diǎn)/〇4乃」)和/(χ,.,Ι+U」)對(duì)應(yīng)/(.?)的插值系數(shù)；在Y軸插值區(qū)間內(nèi)，I(xi，yi)由相鄰 點(diǎn)插值而成，（1+Lxi」-xO和(? -U.」)分別為這兩個(gè)相鄰點(diǎn)對(duì)應(yīng)I(XiJi)的插值系數(shù)； 步驟三、將步驟二中獲得的相鄰插值點(diǎn)的插值系數(shù)疊加到相鄰點(diǎn)上進(jìn)行計(jì)算，對(duì)所述 半徑為r的圓形圖像區(qū)域的系數(shù)矩陣設(shè)定為邊長(zhǎng)是2*r+l的正方形數(shù)組，該矩陣與以特征 點(diǎn)為中心的正方形區(qū)域中的像素--對(duì)應(yīng)， 首先，將系數(shù)矩陣中的所有元素置為〇 ;然后對(duì)于圓形圖像區(qū)域內(nèi)的像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的系 數(shù)置為1 ;最后將步驟二得到的所有插值點(diǎn)所對(duì)應(yīng)軸向相鄰點(diǎn)的插值系數(shù)加到系數(shù)矩陣的 對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)位置上，獲得圖像的插值系數(shù)矩陣； 步驟四、定義圖像矩公式為m?'kxy為（X，y)點(diǎn)最終的 插值系數(shù)，I(X，y)為（X，y)點(diǎn)的亮度，P，q分別X，y軸對(duì)應(yīng)的階數(shù)，當(dāng)P= 1，q= 〇 時(shí)，m10=5X,.x/(x，_y)，當(dāng)P =〇, q = 1時(shí)，當(dāng)p =〇, q =〇時(shí)， x，y x,y ΣιJi、 ,"?丨(| "7UI、 ，則其亮度質(zhì)心為'=(^，^)，從特征點(diǎn)ο到亮度質(zhì)心C建立代表圖 X，.v tnOO/n〇〇 像方向的向量G，則向量：表示該特征點(diǎn)的方向，采用該向量與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(jù)權(quán)利要求1所述的基于軸向插值的配準(zhǔn)描述子方向計(jì)算方法，其特征在 于，將半徑為r的整個(gè)圓周從0°開始每間隔π/4分為一段圓弧，則X軸插值區(qū)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(qū)間為 (0，π/4)、（3π/4，π)、〇，5π/4)和（7π/4, 2π); 在X軸插值區(qū)間內(nèi)，采用X軸方向插值計(jì)算，先用公式一求出所有插值點(diǎn)橫坐標(biāo)，再用 公式二求得相應(yīng)點(diǎn)的縱坐標(biāo)； 在Y軸插值區(qū)間，采用Y軸方向插值計(jì)算，先用公式三求出所有插值點(diǎn)縱坐標(biāo)，再用公 式四求得相應(yīng)點(diǎn)的橫坐標(biāo)，直到獲得圓周上的全部插值點(diǎn)； 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(hào)】G06T7/00GK104318549SQ201410532061
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月10日
【發(fā)明者】吳偉平, 閆得杰, 王棟 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所