[發明專利]顯微序列圖像拼接方法及裝置

有效

• 申請號: 201811213303.6
• 申請日: 2018-10-18
• 公開（公告）號: CN109584156B
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 陳曦;韓華;沈麗君;謝啟偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院自動化研究所
• 主分類號: G06T3/40
• 分類號: G06T3/40;G06T7/30
• 代理公司: 北京市恒有知識產權代理事務所(普通合伙) 11576
• 代理人: 郭文浩

本發明涉及一種顯微序列圖像拼接方法及裝置，所述方法包括：采用模板匹配算法匹配相鄰圖像的重疊區域，計算所述相鄰圖像的位置差異；根據圖像間的鄰接關系建立數學模型，結合BP算法計算圖像的全局位置坐標，生成全局圖像。本發明能夠有效處理局部拼接過程中由于圖像存在空白或重復區域等原因帶來的誤匹配，降低了局部拼接的錯誤匹配，具有較高的魯棒性；而且計算速度快，自動化程度高，拼接效果好。

技術領域

本發明涉及圖像處理領域，具體涉及一種顯微序列圖像拼接方法及裝置。

背景技術

圖像拼接是將成像設備采集的多幅部分重疊的圖像合成為一幅大幅面的高分辨率圖像的過程。它能夠有效克服普通成像設備在視場上的局限性，獲得比單幅圖像更高的分辨率和更大的視場范圍。因此，圖像拼接一直是圖像處理和計算機視覺領域中的一個重要研究課題，在攝影測量、遙感圖像分析、醫學影像和視頻監控等領域取得了廣泛的應用。

顯微鏡(包括電子顯微鏡、光學顯微鏡)作為一種觀察樣品表面微觀物貌的儀器設備，具有放大范圍廣、分辨率高等特點。隨著電子技術的發展，特別是計算機科學的發展，顯微鏡的性能日臻完善，并且設備成本大為降低。使用顯微鏡，通過序列圖像拼接的方式，對一些大目標場景進行微觀重建成為可能，特別是在生物組織顯微成像和集成電路物理設計分析這兩個應用領域，都取得了有益的結果。

在顯微圖像采集中，顯微鏡固定在載物臺的上方，顯微鏡的光軸與拍攝物體表面垂直，載物臺在二維平面內移動。在掃描路徑中，每幅圖像在空間上僅和其直接相鄰的上下左右四幅圖像重疊，如圖1所示。顯微鏡下采集的圖像基本上沒有畸變，忽略采集過程中微小的尺度變化和旋轉，則相鄰顯微圖像之間只存在二維平移變換，對于通過二維掃描方式獲得的多幅序列顯微圖像，目前主要通過求解線性方程組方法和構造最小生成樹方法來實現圖像拼接。其中，求解線性方程組方法是利用局部拼接所獲得所有的相鄰圖像的位置差異，建立多幅圖像總的拼接誤差函數，對誤差函數求導得到線性方程組，最后求解線性方程組得到每幅圖像的位置坐標，形成全局一致的全景圖像，其不足之處在于，當局部圖像拼接錯誤時，該方法會造成明顯的全局圖像拼接錯誤；最小生成樹方法基于圖理論，該方法將每幅圖像作為圖中的一個節點，圖像之間的相鄰關系作為圖中節點間的邊，通過生成圖的最短路徑樹來確定每幅圖像的全局位置，但該方法的不足為相鄰圖像之間僅在生成樹上存在鄰接關系，其他相鄰圖像之間的局部拼接結果都不考慮，使拼接后的圖像之間的接縫較大。

而且，對于大目標場景的大規模顯微圖像拼接，由于圖像數量巨大，相鄰圖像重疊比例較低，當目標場景中存在空白，左右兩幅相鄰圖像在重疊區域處沒有可以用來進行匹配的特征，如圖2所示。或重復性結構，左右兩幅相鄰圖像在重疊區域處用來匹配的特征具有高度相似性，則很容易生成誤匹配的區域，如圖3所示。因此，開發一種自動化程度高，拼接效果好，且具有較高魯棒性的大規模顯微序列圖像拼接方法及裝置是行業內亟待解決的問題。

發明內容

為了解決現有技術中的上述問題，即為了解決顯微序列圖像拼接過程產生中的誤匹配、接縫大及魯棒性差等問題，提供了一種拼接效果較好，且具有較高魯棒性的顯微序列圖像拼接方法及裝置。

本發明一方面提供一種顯微序列圖像拼接方法，所述方法包括：

采用模板匹配算法匹配相鄰圖像的重疊區域，計算所述相鄰圖像的位置差異；

根據圖像間的鄰接關系建立數學模型，結合BP算法計算圖像的全局位置坐標，生成全局圖像。

進一步優選的，所述采用模板匹配算法匹配相鄰圖像的重疊區域，計算所述相鄰圖像的位置差異的方法包括：

構建相鄰圖像的高斯金字塔模型，根據分辨率設置所述高斯金字塔層級；將低分辨率的模板匹配結果作為高分辨率模板匹配搜索的初值，獲得所述相鄰圖像預設區域的位置差異。

進一步優選的，所述將低分辨率的模板匹配結果作為高分辨率模板匹配搜索的初值，獲得所述相鄰圖像預設區域的位置差異的方法包括：