用于估计两幅二进制图像之间相似性的方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于估计模态可能不同的两幅图像之间相像性的方法和系统。更具体地，本发明使得能够表征两个二进制图像之间的相似性，公式（I）：。所述发明特别地使得能够校准在远距离检测、医学成像、工业视觉领域所获得的图像。
【专利说明】用于估计两幅二进制图像之间相似性的方法和系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于估计模态(modalit6)可能不同的两幅图像之间相像性的方法和相关联系统。更具体地，本发明使得能够表征两幅二进制图像之间的相似性。
【背景技术】
[0002]图像传递大量信息。因此和例如可以使用在不同时刻所获得的图像用于评价特定信息的演变。这些图像通常是相同模态的。
[0003]我们称与数据捕获相关联的物理表征为“模态”。因此，不同模态的两幅图像包含不同信息并且经常由不同表示来支持。例如，雷达图像的像素由复数表示，所述复数对应于对所发射波的响应，所述响应本身取决于与所述波有关的参数。多光谱光学图像的像素可替换地是向量-具有与所存在的带一样多的分量-所述向量的每个分量表示在给定频带中的光发射。
[0004]在远距离检测中，基本上操纵雷达图像或多光谱图像。在医学成像上，来自扫描仪或核磁共振成像装置的图像被使用。在工业视觉应用中，利用可见图像或红外图像是惯用法。不论所涉及图像的模态，为了评价信息的演变，校准图像通常是必要的，也就是说通过几何变换使其匹配，所述几何变换使得能够为第一图像的每个像素确定其所对应的第二图像的像素。
[0005]校准相同模态图像的问题已经被广泛探讨。一些解决方案目前被利用或公布，尽管其各自的效率和精确性是可变的。在这些解决方案之中，可以特别提及ICP (根据英语术语，Iterated Closest Point (迭代最近点))和 RANSAC (根据英语术语，Random SampleConsensus (随机样本一致性))方法，其处理两个散点图的可能匹配。
[0006]ICP类型的方法基于迭代配对估计过程:按照空间邻近标准，第一散布图的点与第二散布图的点配对，然后如此实现的全部对使得能够估计变换。可是，所述过程不允许辨别两个散布图上共同的与非共同的。这些方法当然收敛-有时以大量迭代为代价-但是很大程度上在配对的确定中并入噪声。因而所述方法缺乏精确性。所以，利用所得到的估计的所有图像校准是不太精确的。
[0007]RANSAC类型的方法使得能够表明异常点(根据英语术语，outlier (异常值))但是不总收敛。总体地这些随机方法包括评价散点图的大量校准，所述大量校准由随机所取的几何变换执行。更准确地，所述方法通常包括以下迭代过程，所述迭代过程寻求估计连接随机所取的少量点对的局部变换。与ICP方法相反地，所述方法能够区别共同信息。可是，为了最大化估计所研究变换的可能性，特别是如果两个散布图之间的共同信息量少，估计大量局部变化是必要的。因而当共同信息的部分相对于噪声是少量的时，所述方法不太有效。然而这明显地特别是在远距离检测领域中是该情况。
[0008]此外存在用于测量散点图相似性的其他技术:例如几何不变式。根据这些技术，对象不再是单点而是以复杂方式所描述的，其描述不取决于所研究几何变换的类型。为此，形式化所述对象是必要的。于是所述后者取“原始函数”的状态。此外为测量两个原始函数相像性而定义度量是必要的。以通常方式，几何不变式应当满足不同约束用于可以被正确利用。此外，除与所研究变换的类型相对的不变性之外，所述原始函数应当满足唯一性(两个不同原始函数应当具有不同描述)、稳定性(如果原始函数轻度变形，那么其描述只被轻度更改)、独立性(暗示形成描述向量的分量)的标准。这些技术的使用此外使得需要所述原始函数均匀地分布在散布图中，并且还更困难地，不论可用捕获装置和不论所探讨场景的捕获条件，所述原始函数可以被提取。在实践中，满足所强加的全部约束几乎是不可能的。
【发明内容】
[0009]校准不同模态的图像的问题依然是特别开放和敏感的。事实上，不存在使得当图像具有不同模态时能够评价所述图像的相似性或执行图像的校准的已知方法或系统。主要障碍存在于以下事实中，即比较有关不同实体的像素内容是困难的。
[0010]改善不同模态的图像的校准，特别是在远距离检测领域中具有重要意义，对于所述远距离检测，大量卫星、甚至卫星星座已经被-或即将被-发射，其中每个卫星布置不同性质的传感器。因而，所希望的是可以在相同模型中集成从每个所述数据源所提取的信息-其使得预先校准是必要的。
[0011]在远距离检测领域中，此外通常对在屏幕上所指明的特定实体感兴趣，所述屏幕使得能够显示给定模态的第一图像。于是，不论图像各自的模态，尝试在可用图像集中重新找到该实体，即使所述实体不明确出现在其他图像内。该分析当今使得手动处理成为必要的，所述手动处理甚至枯燥乏味或其产生的估计是不太精确或矛盾的。
[0012]本发明使得能够响应由已知解决方案所提出的全部缺点。本发明特别地使得能够精确地量化在第一模态图像的区域和独立于其模态的第二图像的区域之间的相像性。本发明的实施在适合于该目的的分析系统的帮助下使得能够自动化多幅图像的分析。此外对于估计相同模态的两幅图像之间的相像性，本发明性能特别好。
[0013]为此，提供用 于表征两幅二进制图像之间相似性的方法，所述方法由用于分析图像相似性的系统的处理单元实施，所述系统此外包括与所述处理单元协作的存储装置，用于存储二进制图像。根据本发明，所述方法包括用于从第一二进制图像提取第一原始函数集和从第二二进制图像提取第二原始函数集的步骤，其中第一和第二二进制图像由系统预先存储。每个原始函数与二进制图像的像素相关联并且由所述像素的位置和由经过所述像素的定向线的定向来表征。这样的方法此外包括用于测量在所述二进制图像内共同信息的存在并且为此提供相似性指数ε*的步骤，所述指数由处理单元计算为全局最大值H和两个其他局部最大值H '和H "的平均值之间的相对偏差，即
【权利要求】
1.一种用于表征两幅二进制图像(.<、/1|)之间相似性的方法(300)，所述方法由用于分析图像相似性的系统的处理单元实施，所述系统此外包括与所述处理单元协作的存储装置，用于存储二进制图像，其特征在于所述方法包括:-用于从第一二进制图像(<)提取第一原始函数集(Qa)和从第二二进制图像(<)提取第二原始函数集(Qb)的步骤(301)，所述第一和第二二进制图像由系统预先存储，每个原始函数与二进制图像的像素(Pd相关联并且由所述像素的位置和由经过所述像素的定向线(L)的定向来表征；-用于测量所述二进制图像内共同信息的存在和由此提供相似性指数^的步骤(302)，所述指数由处理单元计算为在全局最大值H和两个其他局部最大值H'和H "的平均值之间的相对偏差，即
2.根据前述权利要求所述的方法，其特征在于用于提取的步骤(301)包括: -得到(103)由系统所存储的二进制图像(/?、/1+/); -将多个二进制掩码(Ma、Mb、Mc、Md)应用(104)到组成所述二进制图像(‘《、4 )的每个像素(匕)，所述二进制掩码各自包括定向线(L)，所述定向线的厚度和定向被预定并且其描述圆形窗口(C)的直径，所述圆形窗口(C)的半径(R)同样被预定； -为被应用到被称为参考像素的像素的每个二进制掩码计数(105)与所述参考像素相邻的、由所述二进制掩码所覆盖的像素的数目； -作为与参考像素相关联的原始函数，定义(105)然后存储三元组P ((X，y)，Θ，s)，所述三元组P((x，y), Θ，s)包括参考像素在二进制图像中的位置(X，y)、由被应用到参考像素的二进制掩码之一所覆盖的相邻像素的被称为评分的最大数目s，以及所述二进制掩码的定向线(L)的定向Θ。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于原始函数只有如果其评分大于或等于预定最小数目Smin才被存储(106)。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于只存储(106)原始函数，所述原始函数的参考像素被隔开最小且预定数目Dmin的像素。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于由处理单元所实施的用于测量的步骤(302)包括; -在第一和第二二进制图像中确定(201)预定尺寸的区域用于如此组成区域对(,<、4、; -对于分别从所述区域对所提取的原始函数对，计数和存储(302)定向差异(202)的发生； -计算(205)所述对的两个区域之间相似性的指数ε '
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于包括以下预先步骤(102)，所述预先步骤(102)用于将所述第一和第二二进制图像分别与由分析图像相似性的系统所存储或获得(101)的两幅图像(la、Ib)相关联并存储。
7.根据前述权利要求所述的方法，其特征在于包括以下步骤(303)，所述步骤(303)用于校准由系统所存储或获得的两幅图像或用于根据所计算的相似性指数ε *来识别位于两幅图像中的值得注意的元素。
8.根据前述权利要求所述的方法，其特征在于包括以下步骤(303)，所述步骤(303)用于通过适配于分析图像相似性的系统的人机界面来显示所述经校准的图像和/或值得注意的元素。
9.一种用于分析二进制图像相似性的系统，包括与存储装置协作的处理单元，其特征在于所述处理单元实施根据权利要求1至5中任一项所述的用于表征两幅二进制图像之间相似性的方法。
10.一种用于校准由用于存储和/或用于获得图像的装置所获得或存储的图像的系统，所述装置与处理单元协作，所述处理单元此外与存储装置协作，其特征在于所述处理单元实施根据权利要求6或7的方法。
11.根据前述权利要求所述的系统，其特征在于所述处理单元根据按照权利要求8的方法向人机界面提供经校准的两幅图像或被识别并位于两幅图像中的值得注意的元素。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的系统，其特征在于包括用于提供相似性指数ε*的人机界面。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的系统，其特征在于此外包括与处理单元协作的人机界面，用于从多幅图像之中选择一幅图像和/或其特定区域。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的系统，其特征在于用于获得的装置获得不同模态的图像。`
【文档编号】G06T7/00GK103688289SQ201280021376
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年3月2日 优先权日:2011年3月2日
【发明者】C.马夫罗马蒂, C.帕尔曼, J.塞凯拉 申请人:艾克斯-马赛大学, 法国国家科学研究中心