专利名称：一种图像配准方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及计算机及图像处理领域，特别是涉及图像配准方法及装置。
背景技术：
随着计算机技术的飞速发展，图像配准技术越来越多的应用到计算机视觉、医学、军事、遥感图像分析等领域。例如，在全景图像的制作过程中，经常需要从多个不同的方位拍摄一个场景的不同位置，然后对这些图像进行配准并拼接。在医学应用中，经常需要拍摄患者在不同时期的同一位置的切片图像，并分析在不同时期的病理变化等。在遥感图像分析领域中，经常需要获取、配准多源遥感图像，并根据某种算法生成融合图像，方便分析。
目前，主流的图像配准算法有控制点法、最大互信息法和离散傅立叶域算法等。
1975年，C.D.Kuglin和D.C.Hines在“The phase correlation image alignmentmethod”一文中首次提出了基于傅立叶变换的相位相关算法用于检测两幅图像的平移关系。该方法将频域分析运用于图像平移检测中，有效地在像素级别上解决了两幅具有平移关系图像的配准问题。
但是，现有技术是针对整幅图像进行的相位相关算法和傅立叶变换，受干扰影响较大。以及，现有的相位相关算法只能实现像素级的图像配准，在配准过程中存在像素级的误差。
发明内容
本发明实施例提供一种图像配准方法及装置，用于提高图像配准的精确度。
一种图像配准方法，包括以下步骤 根据预设的参数采用分数傅立叶变换算法提取两幅图像频域的低频区域； 根据所述低频区域及分数相位相关算法确定所述两幅图像的相对偏移量； 根据所述相对偏移量对两幅图像进行图像配准。
一种用于图像配准的装置，包括 低频模块，用于根据预设的参数取两幅图像的低频区域； 相位模块，用于根据所述低频区域确定所述两幅图像的相对偏移量； 配准模块，用于根据所述相对偏移量对两幅图像进行图像配准。
本发明实施例针对两幅图像的低频区域得到相对偏移量，该相对偏移量较现有技术更为准确，所以采用该相对偏移量进行图像配准的效果较好。
图1为本发明实施例中图像配准的主要方法流程图； 图2为本发明实施例中针对两幅图像的重叠区域进行图像配准的流程图； 图3为本发明实施例中针对粗配准后的两幅图像进行图像配准的流程图； 图4为本发明实施例中图像配准的详细方法流程图； 图5为本发明实施例中用于图像配准的装置的主要结构图； 图6为本发明实施例中用于图像配准的装置的详细结构图。
具体实施例方式 由于噪声等干扰对图像在频域的低频数据的影响较小，以及分数相位相关算法可以定位两幅图像亚像素级别的平移。因此本发明实施例通过对两幅图像频域的低频区域的相位检测，得到较为精确的相对偏移量，并以此对该两幅图像进行图像配准，提高了图像配准的精确度和抗噪性能。
参见图1，本实施例中图像配准的主要方法的实现流程如下 步骤101根据预设的参数提取两幅图像频域的低频区域。该步骤减少了噪声对图像的干扰。
步骤102根据所述低频区域确定所述两幅图像的相对偏移量。
步骤103根据所述相对偏移量对两幅图像进行图像配准。
本实施例将两幅图像的时域上的数据定义为f(x，y)和g(x，y)，它们经过离散傅立叶变换后得到频域上的数据定义为F(u，v)和G(u，v)，则 其中，N表示图像是N×N的，当然图像的大小不限于此，也可以是N×M的，但原理相同。
假设两幅图像的相对偏移了m×n个像素，本实施例的目的在于求得m和n，并根据m×n对至少其中一幅图像进行平移及拼接，以实现两幅图像的图像配准。
下面结合表达式对图像配准的实现过程进行详细描述。
参见图2，本实施例针对两幅图像的重叠区域进行图像配准，具体实现流程如下 本实施例中的两幅图像具有平移关系。
步骤201确定所述两幅图像的重叠区域。具体实现方式有多种，可以根据相同(近)的像素值确定重叠区域，或者通过相位相关算法获得两幅图像的相对偏移量，通过该相对偏移量确定重叠区域。
步骤202从两幅图像中分别提取部分图像，该部分图像至少包括所述重叠区域。当然，可以仅提取述重叠区域。
步骤203对所述部分图像提取其频域的低频区域。具体过程为由于F(u，v)和G(u，v)会随着u和v的增大而减小，所以只要使u和v的取值较小，便可使abs(N(u，v))＜＜abs(F(u，v))，减小噪声N(u，v)对F(u，v)和G(u，v)的干扰，其中abs表示复数的模。本实施例控制u和v的技术手段是使u和v乘以一个参数α，0＜α＜＜1，则线性分数傅立叶变换的表达式为这里u＝0，1，2，...N-1，v＝0，1，2，...N-1，这里约定F(au，αv)＝Fα(u，v)。
步骤204采用分数相位相关函数对部分图像频域的低频区域进行分数相位相关计算，分数相位相关算法表达式为其中，G*α(u，v)为Gα(u，v)的复共轭，其中在理想环境下分数相位相关函数Sα(u，v)等于本实施例通过参数α对相位相关函数作了改进，将改进后的相位相关函数称为分数相位相关函数。
步骤205对分数相位相关函数的幂进行反傅立叶变换，其k次α阶反傅立叶变换表达式为 其中k＞＞1，如k＝91等。实际中由于受到噪声或两幅图像的相对位置关系等因素的影响，sαk(x，y)很难取到理想值1，所以对sαk(x，y)取最大值，以确定m和n。
步骤206对分数相位相关函数的k次α阶反傅立叶变换取最大值，并得到m和n。假设sαk(x，y)取到最大值时x＝a，y＝b，则m＝-a/k，n＝-b/k。
步骤207根据m和n平移两幅图像中的至少一幅，对两幅图像进行拼接。
步骤208可进一步对两幅图像进行融合，使两幅图像合成为一幅图像。
由于两幅图像并不完全相同，例如，可能一幅图像是某物体的左视图，另一幅图像是该物体的右视图，所以仅根据两幅图像做相位相关处理得到的m和n存在着误差。因此，本实施例对两幅图像的重叠区域进行分数相位相关算法处理得到的m和n，由于得到的两幅图像的重叠区域基本相同，对其进行分数相位相关算法处理得到的m和n较为精确，使两幅图像的图像配准结果更加准确。
参见图3，本实施例针对粗配准后的两幅图像进行图像配准，具体实现流程如下 本实施例中的两幅图像具有平移关系。
步骤301对两幅图像取相位相关函数及进行反傅立叶变换，得到相对偏移量(由于这里的相对偏移量存在像素级的误差，因此本实施例将相对偏移量称为相对偏移量估计值)，该相对偏移量可能存在一个或几个像素的位移误差，所以将该过程称为粗配准。具体过程是对两幅图像取相位相关函数，表达式为其中在理想环境下相位相关函数S(u，v)等于然后对其进行反傅立叶变换，得实际中由于受到噪声或两幅图像的相对位置关系等因素的影响，s(x，y)很难取到理想值1，所以对s(x，y)取最大值，以确定m和n。
步骤302根据m和n平移两幅图像中的至少一幅。此步骤已经完成了粗配准。
步骤303对两幅图像提取频域的低频区域。本实施例控制u和v的技术手段是使u和v乘以一个参数α，0＜α＜＜1。
步骤304采用分数相位相关函数对两幅图像进行归一化分数相位相关计算，表达式为其中在理想环境下分数相位相关函数Sα(u，v)等于 步骤305对分数相位相关函数的幂进行反傅立叶变换，其k次α阶反傅立叶变换表达式为 其中k＞＞1。
步骤306对分数相位相关函数的k次α阶反傅立叶变换取最大值，并得到m和n。假设sαk(x，y)取到最大值时x＝a，y＝b，则m＝-a/k，n＝-b/k。
步骤307根据m和n平移两幅图像中的至少一幅，对两幅图像进行拼接。
步骤308可进一步对两幅图像进行融合，使两幅图像合成为一幅图像。
本实施例首先通过对两幅图像整体进行相位相关函数的反傅立叶变换，实现了对两幅图像的粗配准，然后通过对两幅图像进行分数相位相关函数的k次α阶反傅立叶变换，再次对该两幅图像进行图像配准，提高了图像配准的精度。
参见图4，结合上述两个实施例，图像配准的详细方法流程如下 步骤401对两幅图像进行图像预处理。预处理包括对彩色图像进行灰度化处理，以减少变换空间；对图像进行去噪声处理，可采用低通滤波等方式。
步骤402对两幅图像进行粗配准。其过程参见步骤301和302。
步骤403通过步骤402中得到的相对偏移量，确定所述两幅图像的重叠区域。
步骤404对所述重叠区域提取其频域的低频区域，即对其做线性分数傅立叶变换。本实施例控制u和v的技术手段是使u和v乘以一个参数α，0＜α＜＜1。
步骤405对两幅图像频域的低频区域进行分数相位相关函数的幂的反傅立叶变换，分数相位相关函数的k次α阶反傅立叶变换表达式为其中k＞＞1。具体参见步骤304和305。
步骤406对分数相位相关函数的k次α阶反傅立叶变换取最大值，并得到m和n。假设sαk(x，y)取到最大值时x＝a，y＝b，则m＝-a/k，n＝-b/k。
步骤407根据m和n平移两幅图像中的至少一幅，对两幅图像进行拼接。
步骤408可进一步对两幅图像进行融合，使两幅图像合成为一幅图像。
本实施例可以通过软件或硬件或软硬件结合的方式来实现上述方法，即一种用于图像配准的装置包括低频模块501、相位模块502和配准模块503，参见图5所示。
低频模块501用于根据预设的参数取两幅图像频域的低频区域。
相位模块502用于根据所述低频区域确定所述两幅图像的相对偏移量。
配准模块503用于根据所述相对偏移量对两幅图像进行图像配准。
本实施例可以针对两幅图像的重叠区域进行图像配准，使配准的准确率得到提高。故，所述装置还包括重叠模块504和提取模块505，参见图6所示。
重叠模块504用于确定所述两幅图像的重叠区域。
提取模块505用于分别从所述两幅图像中提取部分图像，且至少包括所述重叠区域。
所述低频模块501用于对所述部分图像取频域的低频区域。
本实施例还可以先对两幅图像进行多次图像配准，以提高图像配准的精确度。因此，所述相位模块502还用于在所述低频模块取两幅图像频域的低频区域前，确定所述两幅图像的相对偏移量估计值；以及，所述配准模块503还用于在所述低频模块取两幅图像的低频区域前，根据相对偏移量估计值对该两幅图像进行图像粗配准。
用于实现本发明实施例的软件可以存储于软盘、硬盘、光盘和闪存等存储介质。
本发明实施例针对两幅图像频域的低频区域得到相对偏移量，该相对偏移量较现有技术更为准确，所以采用该相对偏移量进行图像配准的效果较好。本发明实施例还通过多次配准和针对图像的重叠区域进行配准，进一步提高了图像配准的精确度。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种图像配准方法，其特征在于，包括以下步骤
根据预设的参数提取两幅图像频域的低频区域；
根据所述低频区域确定所述两幅图像的相对偏移量；
根据所述相对偏移量对两幅图像进行图像配准。
2.如权利要求1所述的图像配准方法，其特征在于，提取两幅图像频域的低频区域的步骤包括
确定所述两幅图像的重叠区域；
分别从所述两幅图像中提取部分图像，所述部分图像至少包括所述重叠区域；
对所述部分图像做线性分数傅立叶变换取频域的低频区域。
3.如权利要求1或2所述的图像配准方法，其特征在于，在取两幅图像频域的低频区域前，确定所述两幅图像的相对偏移量估计值，并根据该相对偏移量估计值对该两幅图像进行图像粗配准。
4.如权利要求3所述的图像配准方法，其特征在于，确定所述两幅图像的相对偏移量估计值的步骤包括对所述两幅图像的相位相关函数进行反傅立叶变换，根据反傅立叶变换结果的最大值确定所述两幅图像的相对偏移量。
5.如权利要求1所述的图像配准方法，其特征在于，根据预设的参数取两幅图像频域的低频区域的步骤包括
对两幅图像分别做二维线性分数傅立叶变换。
6.如权利要求1所述的图像配准方法，其特征在于，根据所述低频区域确定所述两幅图像的相对偏移量的步骤包括
计算两幅图像的分数相位相关函数的幂的反傅立叶变换；
根据反傅立叶变换结果的最大值确定所述两幅图像的相对偏移量。
7.如权利要求1所述的图像配准方法，其特征在于，所述图像配准包括对图像进行的平移和拼接。
8.一种用于图像配准的装置，其特征在于，包括
低频模块，用于根据预设的参数取两幅图像频域的低频区域；
相位模块，用于根据所述低频区域确定所述两幅图像的相对偏移量；
配准模块，用于根据所述相对偏移量对两幅图像进行图像配准。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括
重叠模块，用于确定所述两幅图像的重叠区域；
提取模块，用于分别从所述两幅图像中提取部分图像，且至少包括所述重叠区域；
所述低频模块用于对所述部分图像取频域的低频区域。
10.如权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述相位模块还用于在所述低频模块取两幅图像频域的低频区域前，确定所述两幅图像的相对偏移量估计值；以及，所述配准模块还用于在所述低频模块取两幅图像频域的低频区域前，根据所述相对偏移量估计值对该两幅图像进行图像粗配准。
全文摘要
本发明公开了一种图像配准方法，用于提高图像配准的精确度。所述方法为根据预设的参数对每幅图像做线性分数傅立叶变换，提取每幅图像频域的低频区域；根据所述低频区域及分数相位相关算法确定所述两幅图像的相对偏移量；根据所述相对偏移量对两幅图像进行图像拼接。本发明还公开了一种用于实现所述方法的装置。
文档编号G06T7/00GK101221661SQ20081000665
公开日2008年7月16日 申请日期2008年1月29日 优先权日2008年1月29日
发明者刘汉洲 申请人:深圳市迅雷网络技术有限公司