一种基于匹配曲线特征评估的图像配准自动优化算法
【专利摘要】匹配曲线不仅能够从光滑度、尖锐度等形态特征直观描述配准性能，而且能够从峰度（kurtosis）、峰偏（peakdeviation，即全局最大值出现的位置与最优位置的偏差）、峰值（maximum，即全局最大值）以及峰值间的均方根误差（RMSE）等特征指标定量评估配准结果，当图像完全对齐时，曲线光滑、尖锐，各个自由度上的全局最大值相等，并且位于最优位置，即峰偏为0。在此基础上，本发明进一步提出一种新的基于匹配曲线特征评估的图像配准自动优化算法，以匹配曲线的峰偏来调整配准参数，以峰值间的均方根误差设定停止迭代条件，不断对配准参数进行优化，实现图像更精确配准。
【专利说明】—种基于匹配曲线特征评估的图像配准自动优化算法
【技术领域】
[0001]本发明属于图像处理【技术领域】，具体涉及一种新的基于匹配曲线特征评估(Matching Curve feature evaluation, MCfe)的图像配准自动优化算法。
【背景技术】
[0002]图像配准是图像分析领域里一个重要环节。现有的配准方法大致可分为两类:基于像素灰度的方法和基于特征的方法。基于特征的配准算法前期需要由特征检测算子提取图像特征信息，包括点特征、线特征、面特征以及其它特征描述子；基于像素灰度的匹配曲线可以从光滑度、尖锐度等形态特性直观描述配准性能，当光滑度、尖锐度良好时，意指配准效果好。通过对匹配曲线的深入研究，发现图像完全对齐时，各个自由度上的匹配曲线全局最大值相等，并且位于最优位置，即峰偏为O。本发明人在之前的一个专利申请“一种基于匹配曲线特征的图像配准评估法”(申请号:201310645358.5)中提出以匹配曲线的峰度(kurtosis)、峰偏(peak deviation,即全局最大值出现的位置与最优位置的偏差)、峰值(maximum,即全局最大值)以及峰值间的均方根误差(RMSE)等特征为定量指标，在此基础上，基于匹配曲线的上述特征，提出一种新的图像配准自动优化算法。
[0003]
【发明内容】
[0004]本发明提出一种新的基于匹配曲线特征评估的图像配准自动优化算法，以匹配曲线的峰偏来调整配准参数，以峰 值间的均方根误差(RMSE)设定停止迭代条件即配准精度，不断对配准参数进行优化，实现图像更精确配准。由于本发明采用修正的结构相似度函数(Modified Structural Similarity ,MSSIM)为配准测度,此算法既适用于单模态图像,也适用于多模态图像配准。具体步骤为:
第一步:读入图像，根据图像失配程度设定优化过程的迭代次数I 一般地图像之间失
配越严重，算法收敛所需的迭代次数^越大；根据配准精度的要求设定配准精度e:各匹配
曲线峰值间均方根误差< e ；
第二步:以修正的结构相似度函数MSSIM为测度，根据配准精度的要求设定参数的变
化步长，一般地变化步长越精细，配准精度将越高，给出参考图像和浮动图像各个自由度上
的匹配曲线，MSS頂度量值由下式得到:
【权利要求】
1.一种新的基于匹配曲线特征评估(Matching Curve feature evaluation, MCfe)的图像配准自动优化算法，其特征在于:提出以匹配曲线的峰度、峰偏、峰值以及各曲线峰值间均方根误差(RMSE)为特征量，以峰偏来调整配准参数，以峰值间RMSE设定停止迭代条件即配准精度，自动优化各个自由度上的配准参数，实现更精确的配准，具体步骤为: 第一步:读入图像，根据图像失配程度设定优化过程的迭代次数I一般地图像之间失配越严重，算法收敛所需的迭代次数^越大；根据配准精度的要求设定配准精度e:各匹配曲线峰值间均方根误差< e ； 第二步:以修正的结构相似度函数MSSIM为测度，根据配准精度的要求设定参数的变化步长，一般地变化步长越精细，配准精度将越高，给出参考图像和浮动图像各个自由度上的匹配曲线，MSS頂度量值由下式得到:
2.如权利要求1所述的基于匹配曲线特征评估的图像配准自动优化算法，其特征在于:其中第二步配准测度可以是MSSM，还可以推广为其它凸或者凹配准测度，比如相似性测度有相关系数(CC)、归一化互相关(NCC)、结构相似度(SSM)、互信息(MI)以及归一化互信息(匪I)等等，相异性测度(既距离测度)有灰度的距离测度SSD、SAD、RC，迭代最近点算法(iterative closest point, ICP)里的欧氏距离(Euclidean distance),倒角距离(chamfer distance), Hausdorff 距离以及信息论中的汉明距离(Hamming distance)等。
3.如权利要求1所述的基于匹配曲线特征评估的图像配准自动优化算法，其特征在于:配准变换的自由度包括I万向平移、方向平移、绕Z轴旋转以及一致尺度缩放，还可以推广为多个自由度的仿射变换、投影变换以及非线性变换等。
4.如权利要求1所述的基于匹配曲线特征评估的图像配准自动优化算法，其特征在于:其中第四步配准参数优化调整方法还可以采用其它算法，比如黄金分割搜索算法，实验证明与公式(6)的优化效果相近，但所需时间有所增加。
【文档编号】G06T7/00GK103714550SQ201310747326
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月31日 优先权日:2013年12月31日
【发明者】李京娜, 李宏光, 王素文, 刘姝延, 谢艳辉, 程月波 申请人:鲁东大学