[發明專利]一種基于改進光流場模型的圖像配準方法

有效

• 申請號: 201810879723.1
• 申請日: 2018-08-03
• 公開（公告）號: CN109242891B
• 公開（公告）日: 2020-05-01
• 發明（設計）人: 何凱;魏穎;王陽;黃婉蓉
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06T7/33
• 分類號: G06T7/33;G06T5/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李林娟

本發明公開了一種基于改進光流場模型的圖像配準方法，所述方法包括以下步驟：構建由數據項、各向異性正則項、非局部平滑項構成的光流場模型的能量函數；通過最小化能量函數求解位移場，對金字塔的每一層圖像求位移場，且每一層的位移場作為下一層的初始位移場，直到獲得最終的位移場；根據獲得的最終位移場，對待配準圖像進行變化插值，獲得最終的配準圖像，實現配準。本發明針對傳統光流模型造成的過平滑，細節丟失，精度不足等問題對光流模型進行了改進，以提高非剛性圖像配準的精度與魯棒性。

技術領域

本發明涉及計算機視覺領域，尤其涉及一種基于改進光流場模型的圖像配準方法。

背景技術

圖像配準是圖像處理領域一個基本又重要的研究課題。圖像配準是將不同時間，不同傳感器或者不同條件下獲取的兩幅或多福圖像進行匹配，尋找圖像間關于空間和灰度的映射關系。圖像配準技術是計算機視覺的一項基礎任務和技術難點，其應用領域包括：醫學圖形處理、遙感圖像處理、圖像融合、圖像搜索、機器視覺、目標識別、環境監測、圖像拼接、安全監控、以及地理信息系統等。

配準的種類主要包括剛性配準與非剛性配準，其中基于剛性配準的方法現階段相對已經比較成熟，但許多情況下不能以剛性假定為前提進行相關圖像處理，由于其中許多的形變的性質是非剛性、非線性的，為了處理這些廣泛存在的情況，需要使用非剛性的配準方法，非剛性配準問題一直是當今圖像領域一個研究熱點和難點。

基于光流場模型的方法是實現非剛性圖像配準的一種典型方法。光流場指的是圖像灰度模式的表觀運動，它包含了各像素的瞬時運動信息。Horn和Schunck最早提出光流約束方程，給出了光流的基本計算方法。通過求解變分能量函數，能夠獲得前后兩幀圖像的運動位移場。Thirion等人將光流方法引入到圖像配準中，利用光流計算求得的位移場對待配準圖像進行變換，實現配準。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術中的不足，提出了一種基于改進光流場模型的圖像配準方法，針對傳統光流模型造成的過平滑，細節丟失，精度不足等問題對光流模型進行了改進，以提高非剛性圖像配準的精度與魯棒性，本發明的目的可通過以下技術方案實現：

一種基于改進光流場模型的圖像配準方法，所述方法包括以下步驟：

構建由數據項、各向異性正則項、非局部平滑項構成的光流場模型的能量函數；

通過最小化能量函數求解位移場，對金字塔的每一層圖像求位移場，且每一層的位移場作為下一層的初始位移場，直到獲得最終的位移場；

根據獲得的最終位移場，對待配準圖像進行變化插值，獲得最終的配準圖像，實現配準。

其中，所述各向異性正則項具體為：

式中，α_g代表全局平滑因子，α_l代表局部平滑因子；是關于圖像梯度的單調遞減函數；β，k為正常數，可用于控制光流的擴散速率，分別為u,v的梯度。進一步地，所述非局部平滑項具體為：

式中，N∈Ω代表鄰域空間，與是像素點(i,j)處的位移場，與是像素點(i,j)鄰域的位移場。

其中，所述w_i,j,i',j'為權函數：

式中：I(X_i,j)與I(X_i',j')分別為(i,j)與(i',j')處像素點的灰度向量，W(X_i,j)與W(X_i',j')分別為(i,j)與(i',j')處像素點的位移場向量，i′與j′分別為(i,j)處像素點的鄰域像素點的橫坐標與縱坐標，∝表示成正比。