[發明專利]基于改進的結構相似度的二值化圖像配準方法

無效

• 申請號: 201110372865.7
• 申請日: 2011-11-22
• 公開（公告）號: CN102509303A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 李京娜;王剛;王素文;馬秋明
• 申請（專利權）人: 魯東大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00
• 代理公司: 煙臺雙聯專利事務所(普通合伙) 37225
• 代理人: 梁翠榮

技術領域

本發明涉及圖像配準方法技術領域，特別涉及一種基于改進的結構相似度的二值化圖像配準方法。

背景技術

基于像素灰度的配準方法，一般不需要對圖像進行復雜的預先處理，而是利用圖像本身具有的灰度的一些統計信息來度量圖像的相似程度，常用的測度函數有均方和誤差、相關系數和（歸一化）互信息等，互信息是1995年Viola等人和Collignon等人提出的，作為配準測度函數，近年來成為研究的熱點之一，算法通過不斷改進也能夠達到亞像素級配準，但局部極值會導致配準不穩定，尤其是多模態圖像配準。

由Zhou?Wang和Alan?C.?Bovik等人基于人類視覺系統特點提出的結構相似度（Zhou?Wang，?A?C?Bovik?，?H?R?Sheikh，?E?P?Simoncelli.?Image?quality?assessment?from?error?visibility?to?structural?similarity[J].?IEEE?Transactions?on?Image?processing，2004，13(4)：600-612.），以往都用來評估圖像質量，比如圖像去噪后的質量評估等。

結構相似度模型是基于圖像局部亮度、對比度、結構信息三個部分相關性比較，定義為：

??????????????????????????

?????????????????????????????????????????

?????????????????????????????????????????

??????????????????????????????????????????

其中X，Y代表原始（或參考）圖像塊與待評估的（或浮動）圖像塊，，，分別表示X與Y的亮度相關函數、對比度相關函數和結構相關函數，這三項是相互獨立的；、、>0，這3個參量用來調整亮度、對比度和結構信息的權重，為簡化表達，取；?、、、、分別表示X、Y的局部亮度均值、標準差與協方差；、、為小的正常數，以防止分母為零而出現不穩定，其中、、，、<<1，L是像素的動態范圍(若是8位灰度圖像則L=255)。SSIM簡化為：

???????????????????????????????

結構相似度在進行計算時采用滑動窗口方法，首先按照式（5）計算各個窗口內的結構相似度，然后對所有圖像塊進行累加平均得到平均結構相似度MSSIM：????????????????????????????????????????????????

通常仍簡寫為SSIM。其中M代表圖像塊的數量。

如果直接采用由Zhou?Wang和Alan?C.?Bovik等人提出的結構相似度SSIM做圖像配準的目標函數（Cost?Function?Optimizer），只能配準單模態圖像，而無法解決多模態圖像配準問題，這是因為對于多模態圖像，由于圖像內容差異較大，即使完全對齊，SSIM一般也不等于1，在時SSIM反而下降。這一點通過配準曲線得到了證實。

另一方面，雖然由Zhou?Wang和Alan?C.?Bovik等人提出的結構相似度函數中要求、<<1，但在用來評估圖像質量時，一般取K₁=0.01，K₂=0.03（參見公開號為CN102169576A的中國發明專利申請），而圖形配準實驗證明，如果K₁>0.000001，K₂>0.000003，用于二值化圖像配準時易陷入局部極值，使配準失敗。

發明內容

發明所要解決的技術問題，通過提供一種基于改進的結構相似度的二值化圖像配準方法

法，對現有技術的結構相似度函數進行改進，在粗配準誤差較大，精度下降的前提下，配準的圖形仍達到像素級配準。

本發明的技術方案如下：

一種基于改進的結構相似度的二值化圖像配準方法，其特征在于配準步驟如下：

步驟1，讀入圖像，分別作為參考圖像和浮動圖像；

步驟2，圖像二值化：利用灰度圖像閾值函數確定閾值，然后加以修正，分別將參考圖像和浮動圖像轉化為二值圖像；

步驟3，采用主軸質心法粗配準：通過圖像的一階矩求得圖像質心，再通過二階中心矩求得主軸與坐標系的夾角，以此得到粗配準的4個參數值，以粗配準參數對二值化浮動圖像進行空間幾何變換，所得圖像作為新的浮動圖像；