基于轴向插值的配准描述子方向计算方法
【专利摘要】基于轴向插值的配准描述子方向计算方法，涉及图像数据处理领域，解决采用现有方法处理图像时存在对图像的光照和视角变化处理效果差以及对图像的旋转度计算精度低等问题，本发明提出一种能快速、对各旋转方向响应一致的描述子方向矢量的方法，在传感器获得图像后，实时对图像进行配准，为后续图像处理算法提供配准后的图像数据。采用图像亮度质心不变矩的方向矢量计算方法，该方法的对全方位旋转角度的计算精度更均衡，且精度与SURF方法略有提升，计算速度是SURF方向矢量的四倍以上。采用的系数矩阵的计算方式，配准时只需完成系数矩阵与图像的乘法，且易于并行处理。这种方式在具有浮点型计算精度的同时，极大地优化计算速度。
【专利说明】基于轴向插值的配准描述子方向计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及图像数据处理领域，具体涉及矩不变量计算，用于图像配准和图像融 合技术。
【背景技术】
[0002] 图像配准技术是图像拼接，图像融合，目标识别，3D重建、图像恢复、相机定位、计 算机视觉等众多图像处理技术的技术基础和关键环节，主要可以分为基于灰度的方法和基 于特征的方法两大类。后者由于提取特征后仅对特征进行计算，相对前者其计算量较少，对 噪声、光照、视角和尺度变化不敏感，算法效率及配准精度高，具有很好的鲁棒性，因而成为 当前图像配准领域的主要研究方向。早期基于特征的算法包括Morvec、Harris等方法。
[0003]2006 年 5 月，Bay等人[1]提出了著名的SURF(speededuprobustfeatures)算 法，它的综合匹配效果与SIFT算法相当，并且大幅度提高了配准速度。SURF算法的计算速 度可以比SIFT快3倍，它可以对图像的旋转、尺度伸缩、光照、视角等变化保持不变性，但 是在处理图像光照和视角变化时不如SIFT算法。本文中设计了基于图像亮度质心不变矩 的方向矢量计算方法，该方法的对旋转的计算精度更高，计算速度是SURF方向矢量的4倍 以上。
【发明内容】
[0004] 本发明为解决采用现有方法处理图像时存在对图像的光照和视角变化处理效果 差以及对图像的旋转度计算精度低等问题，提供一种高精度基于轴向插值的配准描述子方 向计算方法。
[0005] 步骤一、选择半径为r的圆形图像区域，所述圆形图像区域的圆心作为特征点的 中心，所述特征点中心坐标为〇(X(l，yc))，将所述半径为r的圆周从〇°开始每间隔n/4分 为一段圆弧，则圆弧所对应X轴的长度为cx，对应Y轴的长度为cy，CX>cy，上述区间称为X 轴插值区间；cx〈cy,上述区间称为Y轴插值区间，在X轴插值区间内，采用X轴方向插值计 算，在Y轴插值区间，采用Y轴方向插值计算，获得圆周上的全部插值点；
[0006] 步骤二、计算圆周上相邻插值点的插值系数，在X轴插值区间内，插值点I(Xi，yi) 由两个相邻点/(a,[乃」)和/(?I+LvJ)插值而成，（1+[乃」-乃）和a-L乃」)分别为所述相 邻点/CbLyJ)和J(A，1 +U_」)对应I(Xi,Yi)的插值系数；在Y轴插值区间内，I(Xi,y)由相 邻点对七」,)和八1+U」，)插值而成，G+U」-.')和(?-LxJ)分别为这两个相邻点对 应IUi,yi)的插值系数；
[0007] 步骤三、将步骤二中获得的相邻插值点的插值系数叠加到相邻点上进行计算，对 所述半径为r的圆形图像区域的系数矩阵设定为边长是2*r+l的正方形数组，该矩阵与以 特征点为中心的正方形区域中的像素--对应，
[0008] 首先，将系数矩阵中的所有元素置为0 ;然后对于圆形图像区域内的像素点对应 的系数置为I;最后将步骤二得到的所有插值点所对应轴向相邻点的插值系数加到系数矩 阵的对应像素点位置上，获得图像的插值系数矩陈：
[0009] 步骤四、定义图像矩公式为
【权利要求】
1.基于轴向插值的配准描述子方向计算方法，其特征是，该方法由以下步骤实现： 步骤一、选择半径为r的圆形图像区域，所述圆形图像区域的圆心作为特征点的中心， 所述特征点中心坐标为〇(X〇，y。)，将所述半径为r的圆周从〇°开始每间隔η/4分为一段 圆弧，则圆弧所对应X轴的长度为CX，对应Y轴的长度为cy，cx>cy,上述区间称为X轴插 值区间；cx〈cy,上述区间称为Y轴插值区间，在X轴插值区间内，采用X轴方向插值计算， 在Y轴插值区间，采用Y轴方向插值计算，获得圆周上的全部插值点； 步骤二、计算圆周上相邻插值点的插值系数，在X轴插值区间内，插值点I(Xi，yi)由 两个相邻点bJ)和,(.v/,1+U」)插值而成，（1+bJ)和(>)-U」)分别为所述相邻 点/〇4乃」)和/(χ,.,Ι+U」)对应/(.?)的插值系数；在Y轴插值区间内，I(xi，yi)由相邻 点插值而成，（1+Lxi」-xO和(? -U.」)分别为这两个相邻点对应I(XiJi)的插值系数； 步骤三、将步骤二中获得的相邻插值点的插值系数叠加到相邻点上进行计算，对所述 半径为r的圆形图像区域的系数矩阵设定为边长是2*r+l的正方形数组，该矩阵与以特征 点为中心的正方形区域中的像素--对应， 首先，将系数矩阵中的所有元素置为〇 ;然后对于圆形图像区域内的像素点对应的系 数置为1 ;最后将步骤二得到的所有插值点所对应轴向相邻点的插值系数加到系数矩阵的 对应像素点位置上，获得图像的插值系数矩阵； 步骤四、定义图像矩公式为m?'kxy为（X，y)点最终的 插值系数，I(X，y)为（X，y)点的亮度，P，q分别X，y轴对应的阶数，当P= 1，q= 〇 时，m10=5X,.x/(x，_y)，当P =〇, q = 1时，当p =〇, q =〇时， x，y x,y ΣιJi、 ,"?丨(| "7UI、 ，则其亮度质心为'=(^，^)，从特征点ο到亮度质心C建立代表图 X，.v tnOO/n〇〇 像方向的向量G，则向量：表示该特征点的方向，采用该向量与X轴的夹角的正切表示： mΣ?(.、ν) = 最终获得描述子方向。 ?2Λ'·χ/(Λ'，.ν) X,.y
2.根据权利要求1所述的基于轴向插值的配准描述子方向计算方法，其特征在 于，将半径为r的整个圆周从0°开始每间隔π/4分为一段圆弧，则X轴插值区间为 (π/4,π/2)、（π/2, 3π/4)、（5π/4, 3π/2)和（3π/2, 7π/4)，在Y轴插值区间为 (0，π/4)、（3π/4，π)、〇，5π/4)和（7π/4, 2π); 在X轴插值区间内，采用X轴方向插值计算，先用公式一求出所有插值点横坐标，再用 公式二求得相应点的纵坐标； 在Y轴插值区间，采用Y轴方向插值计算，先用公式三求出所有插值点纵坐标，再用公 式四求得相应点的横坐标，直到获得圆周上的全部插值点； 公式一、Xi =k±x。，kel，2，···，fr」表示向下取整； 公式二、义=j0+Jr2-彳， ^ 4ι 公式二、Yi =k±y。，ke1,2,···,yr， 公式四、x,_ =X0+士2-yf〇
【文档编号】G06T7/00GK104318549SQ201410532061
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月10日 优先权日:2014年10月10日
【发明者】吴伟平, 闫得杰, 王栋 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所