[發(fā)明專(zhuān)利]三維圖像配準(zhǔn)方法和系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410654295.4
• 申請(qǐng)日: 2014-11-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104537638A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周武;張麗娟;謝耀欽
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院
• 主分類(lèi)號(hào): G06T7/00
• 分類(lèi)號(hào): G06T7/00;G06T19/00
• 代理公司: 廣州華進(jìn)聯(lián)合專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 44224
• 代理人: 吳平

1.一種三維圖像配準(zhǔn)方法，所述方法包括：

獲取待配準(zhǔn)圖像，所述待配準(zhǔn)圖像包括參考圖像和檢測(cè)圖像；

分別構(gòu)建所述參考圖像對(duì)應(yīng)的第一幅值加權(quán)方向直方圖和所述檢測(cè)圖像對(duì)應(yīng)的第二幅值加權(quán)方向直方圖；

對(duì)所述第一幅值加權(quán)方向直方圖和所述第二幅值加權(quán)方向直方圖進(jìn)行歸一化直方圖匹配確定圖像旋轉(zhuǎn)量；

根據(jù)所述圖像旋轉(zhuǎn)量對(duì)檢測(cè)圖像進(jìn)行三維旋轉(zhuǎn)獲得旋轉(zhuǎn)圖像；

分別構(gòu)造參考圖像對(duì)應(yīng)的第一平方方向圖以及旋轉(zhuǎn)圖像對(duì)應(yīng)的第二平方方向圖；

采用相位相關(guān)處理所述第一平方方向圖和所述第二平方方向圖得到圖像平移量；

根據(jù)所述圖像旋轉(zhuǎn)量和所述圖像平移量對(duì)所述檢測(cè)圖像進(jìn)行變換，并將變換后得到的圖像與參考圖像進(jìn)行空間對(duì)齊實(shí)現(xiàn)待配準(zhǔn)圖像的配準(zhǔn)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述分別構(gòu)建所述參考圖像對(duì)應(yīng)的第一幅值加權(quán)方向直方圖和所述檢測(cè)圖像對(duì)應(yīng)的第二幅值加權(quán)方向直方圖的步驟，包括：

計(jì)算參考圖像的三維體數(shù)據(jù)在三維坐標(biāo)系中三個(gè)軸方向的第一梯度方向，根據(jù)第一梯度方向構(gòu)建第一幅值加權(quán)方向直方圖；

計(jì)算檢測(cè)圖像對(duì)應(yīng)的三維體數(shù)據(jù)在三維坐標(biāo)系中三個(gè)軸方向的第二梯度方向，根據(jù)所述第二梯度方向構(gòu)建第二幅值加權(quán)方向直方圖。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述對(duì)所述第一幅值加權(quán)方向直方圖和所述第二幅值加權(quán)方向直方圖進(jìn)行歸一化直方圖匹配確定圖像旋轉(zhuǎn)量的步驟，包括：

采用快速傅里葉變換對(duì)所述第一幅值加權(quán)方向直方圖和第二幅值加權(quán)方向直方圖實(shí)現(xiàn)歸一化直方圖快速匹配，確定最佳平移量，所述最佳平移量即為圖像旋轉(zhuǎn)量。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用相位相關(guān)處理第一平方方向圖和第二平方方向圖得到圖像平移量的步驟，包括：

采用快速傅里葉變換計(jì)算第一平方方向圖和第二平方方向圖之間的圖像平移量。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述圖像旋轉(zhuǎn)量為三維體數(shù)據(jù)在三維坐標(biāo)系中三個(gè)軸方向?qū)?yīng)的三個(gè)旋轉(zhuǎn)量，所述根據(jù)圖像旋轉(zhuǎn)量和圖像平移量對(duì)所述檢測(cè)圖像進(jìn)行變換，并將變換后的圖像與參考圖像進(jìn)行空間對(duì)齊實(shí)現(xiàn)待配準(zhǔn)圖像的配準(zhǔn)步驟，包括：

根據(jù)所述三個(gè)旋轉(zhuǎn)量構(gòu)造三維體數(shù)據(jù)間的三維旋轉(zhuǎn)矩陣；

將所述三維旋轉(zhuǎn)矩陣和圖像平移量代入預(yù)設(shè)的剛體變換表達(dá)式中計(jì)算得到圖像配準(zhǔn)的空間變換函數(shù)；

根據(jù)所述空間變換函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)待配準(zhǔn)圖像的圖像配準(zhǔn)。

6.一種三維圖像配準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：

圖像獲取模塊，用于獲取待配準(zhǔn)圖像，所述待配準(zhǔn)圖像包括參考圖像和檢測(cè)圖像；

直方圖構(gòu)建模塊，用于分別構(gòu)建所述參考圖像對(duì)應(yīng)的第一幅值加權(quán)方向直方圖和所述檢測(cè)圖像對(duì)應(yīng)的第二幅值加權(quán)方向直方圖；

旋轉(zhuǎn)量確定模塊，用于對(duì)所述第一幅值加權(quán)方向直方圖和所述第二幅值加權(quán)方向直方圖進(jìn)行歸一化直方圖匹配確定圖像旋轉(zhuǎn)量；

旋轉(zhuǎn)圖像獲取模塊，用于根據(jù)所述圖像旋轉(zhuǎn)量對(duì)檢測(cè)圖像進(jìn)行三維旋轉(zhuǎn)獲得旋轉(zhuǎn)圖像；

方向圖構(gòu)造模塊，用于分別構(gòu)造參考圖像對(duì)應(yīng)的第一平方方向圖以及旋轉(zhuǎn)圖像對(duì)應(yīng)的第二平方方向圖；

平移量獲取模塊，用于采用相位相關(guān)處理所述第一平方方向圖和所述第二平方方向圖得到圖像平移量；

圖像配準(zhǔn)模塊，用于根據(jù)所述圖像旋轉(zhuǎn)量和所述圖像平移量對(duì)所述檢測(cè)圖像進(jìn)行變換，并將變換后得到的圖像與參考圖像進(jìn)行空間對(duì)齊實(shí)現(xiàn)待配準(zhǔn)圖像的配準(zhǔn)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述直方圖構(gòu)建模塊包括：

第一直方圖構(gòu)建模塊，用于計(jì)算參考圖像的三維體數(shù)據(jù)在三維坐標(biāo)系中三個(gè)軸方向的第一梯度方向，根據(jù)第一梯度方向構(gòu)建第一幅值加權(quán)方向直方圖；

第二直方圖構(gòu)建模塊，用于計(jì)算檢測(cè)圖像對(duì)應(yīng)的三維體數(shù)據(jù)在三維坐標(biāo)系中三個(gè)軸方向的第二梯度方向，根據(jù)所述第二梯度方向構(gòu)建第二幅值加權(quán)方向直方圖。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)量確定模塊還用于采用快速傅里葉變換對(duì)所述第一幅值加權(quán)方向直方圖和第二幅值加權(quán)方向直方圖實(shí)現(xiàn)歸一化直方圖快速匹配，確定最佳平移量，所述最佳平移量即為圖像旋轉(zhuǎn)量。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述平移量獲取模塊還用于采用快速傅里葉變換計(jì)算第一平方方向圖和第二平方方向圖之間的圖像平移量。

10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像旋轉(zhuǎn)量為三維體數(shù)據(jù)在三維坐標(biāo)系中三個(gè)軸方向?qū)?yīng)的三個(gè)旋轉(zhuǎn)量，所述圖像配準(zhǔn)模塊包括：

矩陣構(gòu)造模塊，用于根據(jù)所述三個(gè)旋轉(zhuǎn)量構(gòu)造三維體數(shù)據(jù)間的三維旋轉(zhuǎn)矩陣；

函數(shù)計(jì)算模塊，用于將所述三維旋轉(zhuǎn)矩陣和圖像平移量代入預(yù)設(shè)的剛體變換表達(dá)式中計(jì)算得到圖像配準(zhǔn)的空間變換函數(shù)；

配準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)模塊，用于根據(jù)所述空間變換函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)待配準(zhǔn)圖像的圖像配準(zhǔn)。