[發(fā)明專(zhuān)利]基于張量稀疏表示的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)維持的圖像配準(zhǔn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710341578.7
• 申請(qǐng)日: 2017-05-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107169922B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-04-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董恩清;亓玉佩;李宇森;薛鵬;紀(jì)慧中;熊文碩
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 山東知微智成電子科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G06T3/00
• 分類(lèi)號(hào): G06T3/00
• 代理公司: 威?？菩菍?zhuān)利事務(wù)所 37202
• 代理人: 于濤

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于張量稀疏表示的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)維持的圖像配準(zhǔn)方法，屬于圖像處理領(lǐng)域，包括以下步驟：將數(shù)字圖像轉(zhuǎn)化為等價(jià)的張量模型；將張量分為數(shù)值和索引兩部分來(lái)存儲(chǔ)：利用具有同質(zhì)性的勢(shì)函數(shù)來(lái)計(jì)算張量的數(shù)值，并根據(jù)鄰域系統(tǒng)來(lái)計(jì)算張量中非0元素的索引；利用高階乘冪法求解形變場(chǎng)。本發(fā)明通過(guò)選取具有同質(zhì)性的勢(shì)函數(shù)和相應(yīng)的鄰域系統(tǒng)，可構(gòu)造出稀疏張量，從而極大的減小了內(nèi)存消耗，提升了高階馬爾可夫隨機(jī)場(chǎng)中的圖像配準(zhǔn)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的可行性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于圖像處理領(lǐng)域，涉及基于馬爾可夫隨機(jī)場(chǎng)的圖像配準(zhǔn)方法，具體涉及一種基于張量稀疏表示的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)維持的圖像配準(zhǔn)方法。

背景技術(shù)

圖像配準(zhǔn)是尋求一種空間變換使得浮動(dòng)圖像與目標(biāo)圖像在結(jié)構(gòu)上對(duì)齊的過(guò)程，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)圖像處理，遙感圖像處理等方面。在實(shí)際應(yīng)用中，通常要求圖像配準(zhǔn)輸出的位移向量場(chǎng)(形變場(chǎng))是規(guī)則的，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不變性是衡量形變場(chǎng)是否規(guī)則的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。在馬爾可夫隨機(jī)場(chǎng)模型中，可以利用三元團(tuán)(如圖1所示)來(lái)得到拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)維持的形變場(chǎng)?；诟唠A馬爾可夫隨機(jī)場(chǎng)張量密集表示的配準(zhǔn)方法的空間復(fù)雜度很高，普通計(jì)算機(jī)硬件無(wú)法提供足夠的存儲(chǔ)空間，因而在實(shí)際應(yīng)用中是不可實(shí)現(xiàn)的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)高階馬爾可夫隨機(jī)場(chǎng)中的圖像配準(zhǔn)技術(shù)中存在需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量過(guò)多，內(nèi)存消耗過(guò)大的問(wèn)題，提供了一種基于張量稀疏表示的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)維持的圖像配準(zhǔn)方法，該方法可有效減小圖像配準(zhǔn)過(guò)程中的內(nèi)存消耗。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：基于張量稀疏表示的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)維持的圖像配準(zhǔn)方法，包括以下步驟:

(1)對(duì)未配準(zhǔn)的圖像進(jìn)行預(yù)處理，并得到由位移向量構(gòu)成的標(biāo)簽集合：

(1-1)讀入像素?cái)?shù)為M的目標(biāo)圖像I和浮動(dòng)圖像J，并估計(jì)出兩幅圖像中所示物體的真實(shí)形變范圍；

(1-2)根據(jù)形變范圍來(lái)選取一組合適的位移向量d₁,d₂,...,d_N，并將這些位移向量作為基于馬爾可夫隨機(jī)場(chǎng)的圖像配準(zhǔn)算法中的標(biāo)簽集合L＝{d₁,d₂,...,d_N}；

(2)利用指派矩陣的概率意義圖像配準(zhǔn)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為等價(jià)的張量表述，并選取勢(shì)函數(shù)構(gòu)造2階張量H²、4階張量H⁴和6階張量在利用同質(zhì)性勢(shì)函數(shù)構(gòu)造6階張量時(shí)，只存儲(chǔ)必要的數(shù)值以及非0元素對(duì)應(yīng)的索引信息；

(3)利用對(duì)稱(chēng)張量高階乘冪法求解目標(biāo)函數(shù)f(X)的極大值問(wèn)題，得到圖像配準(zhǔn)所需的形變場(chǎng)，其中

并根據(jù)X的概率意義選取每個(gè)像素最可能對(duì)應(yīng)的位移向量，進(jìn)而得到形變場(chǎng)D；

(4)利用形變場(chǎng)對(duì)浮動(dòng)圖像進(jìn)行變換來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像配準(zhǔn)。

所述步驟(2)中所述指派矩陣X是根據(jù)圖像與標(biāo)簽集合隨機(jī)構(gòu)造出一個(gè)N×M的指派矩陣X，其中X_a,i表示i個(gè)像素是否對(duì)應(yīng)于第a個(gè)標(biāo)簽d_a的概率。

所述步驟(2)中選取勢(shì)函數(shù)按照以下方法構(gòu)造張量：

(2-1)任意選取一個(gè)一元團(tuán)勢(shì)函數(shù)V₁來(lái)構(gòu)造2階張量H²，其中H²是一個(gè)N×M的矩陣，是第i個(gè)像素取得第a個(gè)標(biāo)簽時(shí)V₁輸出的代價(jià)值；

(2-2)任意選取一個(gè)二元團(tuán)勢(shì)函數(shù)V₂來(lái)構(gòu)造4階張量H⁴，其中H⁴的維度為N×M×N×M，表示當(dāng)?shù)趇個(gè)像素取第a個(gè)標(biāo)簽時(shí)，第j個(gè)像素取第b個(gè)標(biāo)簽時(shí)V₂輸出的代價(jià)值；

(2-3)利用如下稀疏表示方法來(lái)構(gòu)造6階張量