专利名称：一种图像拼接中筛选特征点匹配对的方法
技术领域：
本发明属于图像拼接技术领域，具体涉及一种图像拼接中筛选特征点匹配对的方法。
背景技术：
图像拼接技术是把具有一定重叠度的 两幅或多幅图像拼接在一起生成全景图的技术。在图像拼接技术中，基于特征点提取的方法较为行之有效。在基于特征点的图像拼接技术遵循以下步骤首先提取到两幅待拼接图像的特征点，然后将两幅图像中的特征点配对，最后通过最小二乘法对特征点匹配对进行拟合生成变换矩阵，从而将带配准图像变换到基准图像空间实现两幅图像的拼接。其中特征点匹配算法对拼接的效果起到至关重要的作用。两幅图像中的特征点配对的方法通常是按照某种特征量(或特征矢量)的平方误差最小为准则，然而这种方法并不能保障所有的特征点匹配对都是正确的。如何筛选出正确的特征点匹配对是重中之重。现有RANSAC算法是筛选出正确的特征点匹配对，剔除错误匹配的一种经典算法。结合其在图像拼接领域的具体实现，算法描述如下I.在特征点匹配对中随机选择4对(求解投影变换矩阵最少需要4个匹配对)，根据4对特征点的坐标求解出投影变换矩阵。2.根据投影变换矩阵将待配准图像中的特征点投影到基准图像坐标系中，计算该特征点与基准图像中与其配对的点之间距离的误差，当误差小于某一门限值时，判定该特征点为内点，反之为外点。3.判断内点比例是否大于某一百分比，如果达到则终止算法，内点对应的匹配对集合即为筛选出的正确的匹配对；如果没有达到则重复1、2。如果迭代次数超过了约定的最大次数，则算法终止，取历次迭代中最大数目的内点集合为正确的匹配对。RANSAC算法最大的缺陷就是其随机性，这种随机选取样本点的方法会导致结果具有随机性，且算法迭代的次数也具有随机性。
发明内容
本发明的目的是为了提高图像拼接精度，减少拼接算法复杂度，提供一种图像拼接中筛选特征点匹配对的方法。本发明所采用的技术方案是一种图像拼接中筛选特征点匹配对的方法，具体分为如下步骤在基准图像和待配准图像上分别提取特征点；将基准图像和待配准图像上的特征点进行配对；将所有特征点匹配对按照特征向量误差从小到大的顺序排序；选取排序最靠前的且满足互相之间的距离都大于预设的距离阈值的多个特征点对，根据特征点的坐标利用最小二乘求解出投影变换矩阵，进行拼接。一种所述的一种图像拼接中筛选特征点匹配对的方法，其中在求解出投影变换矩阵步骤后，还包括根据投影变换矩阵将待配准图像中的特征点投影到基准图像坐标系中，计算所述特征点与基准图像中与其配对的点之间像素距离误差，当像素距离误差小于预设的拼接像素距离误差阈值时，判定所述特征点为内点，反之为外点；利用最小二乘拟合内点得出投影变换矩阵，进行拼接。一种所述的一种图像拼接中筛选特征点匹配对的方法，其中在判定内点、外点步骤后，判断内点比例是否大于预设的内点百分比阈值，如果达到则终止，内点对应的匹配对集合即为筛选出的正确的匹配对；如果没有 达到则重新选取特征点对并判定内点；如果重新判定的迭代次数超过了预设的最大迭代次数，则终止，取历次迭代中最大数目的内点集合作为正确的匹配对，利用最小二乘拟合内点得出投影变换矩阵，将待匹配图像投影到基准图像的坐标系中，从而完成拼接。一种所述的一种图像拼接中筛选特征点匹配对的方法，其中所述提取特征点的方法为SIFT法。一种所述的一种图像拼接中筛选特征点匹配对的方法，其中所述特征点配对步骤中依次计算待配准图像中某个特征点与基准图像中所有特征点的特征矢量之间的误差，取误差最小的特征点与其配对。一种所述的一种图像拼接中筛选特征点匹配对的方法，其中所述预设的距离阈值为1/Γ1/2倍图像宽度，预设的内点百分比阈值为509Γ90%，预设的拼接像素距离误差阈值为广5个像素，预设的最大迭代次数为20次 50次。本发明的有益效果是I.本发明通过有针对性地优先抽取特征更为相似的、空间上更为分散的特征点对，从而能更快更好的筛选出正确的匹配对。2.本发明认为特征向量误差越小的特征点对，越可能是正确的特征点匹配对。在特征点提取和特征点配对的过程中，会引入错误的特征点配对，本方法对特征点匹配对根据其特征向量误差由小到大的原则排序，优先选择特征向量误差小的匹配对。3.本发明认为特征点对在空间上分布的越分散，计算出的投影变换矩阵越准确。假如选择的特征点匹配对集中于图像的局部，则会出现拼接后的图像在这个局部衔接准确，而在其他部分匹配不准确的现象；反之，本方案对特征点对的选取设定了距离阈值的限制，从而使它们分散开来，有利于生成良好的全局拼接效果。
图I是本发明提供的一种图像拼接中筛选特征点匹配对的方法流程图；图2是基准图像；图3是待配准图像；图4是传统RANSAC方法拼接后图像；图5是采用本发明提供的方法拼接后图像；图6是4航带拼接全景图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明提供的一种图像拼接中筛选特征点匹配对的方法进行介绍一种图像拼接中筛选特征点匹配对的方法，包括在基准图像和待配准图像上分别提取特征点；将基准图像和待配准图像上的特征点进行配对；将所有特征点匹配对按照特征向量误差从小到大的顺序排序；选取排序最 靠前的且满足互相之间的距离都大于预设的距离阈值的多个特征点对，根据特征点的坐标利用最小二乘求解出投影变换矩阵，进行拼接。如图I所示，为得到最佳效果，可具体分为如下步骤步骤I、在基准图像(如图2)和待配准图像(如图3)上分别提取特征点，常用的特征点提取方法有胡氏矩，角点，SIFT等算法，本实施例中优选SIFT特征点提取方法。步骤2、将基准图像和待配准图像上的特征点进行配对依次计算待配准图像中某个特征点与基准图像中所有特征点的特征矢量之间的误差，取误差最小的特征点与其配对。步骤3、将所有特征点匹配对按照特征向量误差从小到大的顺序排序，设置用于筛选特征点对的距离阈值(例如优选1/Γ1/2倍图像宽度)，设置内点百分比阈值(例如优选509Γ90%)，设置拼接像素距离误差阈值(例如优选I飞个像素)，设置最大迭代次数(例如优选20次 50次)。步骤4、选取排序最靠前的且满足互相之间的距离都大于距离阈值的多个(例如优选为4个)特征点对，根据4对特征点的坐标利用最小二乘求解出投影变换矩阵。步骤5、根据投影变换矩阵将待配准图像中的特征点投影到基准图像坐标系中，计算该特征点与基准图像中与其配对的点之间像素距离误差，当距离小于拼接像素距离误差阈值时，判定该特征点为内点，反之为外点。步骤6、判断内点比例是否大于内点百分比阈值，如果达到则终止，内点对应的匹配对集合即为筛选出的正确的匹配对；如果没有达到则重复步骤4、5。如果迭代次数超过了最大迭代次数，则终止，取历次迭代中最大数目的内点集合作为正确的匹配对，利用最小二乘拟合内点得出投影变换矩阵，将待匹配图像投影到基准图像的坐标系中，从而完成拼接。当采用分辨率为480x720的测试图片，通过仿真实验，本技术方案相比传统RANSAC算法能用更少的迭代次数达到更好的拼接效果，如下表
两张图片特征两张图片特征两张图片特征两张图片特征__点多，重叠度高点多，重叠度低点少，重叠度高点少，重叠度低RANSAC — 迭代3 'ik~ 迭代16次迭代5次迭代9次—本方案__迭代I次__迭代5次__迭代I次__迭代3次注本实验中两种方法的内点百分比阈值均为55%，本技术方案这里取特征点对的距离阈值为图像宽度的1/2，拼接像素距离误差阈值取3个像素，算法最大迭代次数取20次，RANSAC算法取运行10次的平均迭代次数。由拼接后图像(图4、5)的对比可见本技术方案拼接后的图像衔接线处结合更为精准，RANSAC拼接后的图像则可以看到衔接处有明显的道路断开。如图6所示，采用本技术方 案对4航带(每条航带为8张图像)航拍图像拼接生成的全景图，可见对航拍图像进行全景图拼接亦可达到良好的拼接效果。
权利要求
1.一种图像拼接中筛选特征点匹配对的方法，具体分为如下步骤 在基准图像和待配准图像上分别提取特征点； 将基准图像和待配准图像上的特征点进行配对； 将所有特征点匹配对按照特征向量误差从小到大的顺序排序； 选取排序最靠前的且满足互相之间的距离都大于预设的距离阈值的多个特征点对，根据特征点的坐标利用最小二乘求解出投影变换矩阵，进行拼接。
2.根据权利要求I所述的一种图像拼接中筛选特征点匹配对的方法，其特征在于在求解出投影变换矩阵步骤后，还包括根据投影变换矩阵将待配准图像中的特征点投影到基准图像坐标系中，计算所述特征点与基准图像中与其配对的点之间像素距离误差，当像素距离误差小于预设的拼接像素距离误差阈值时，判定所述特征点为内点，反之为外点；利用最小二乘拟合内点得出投影变换矩阵，进行拼接。
3.根据权利要求2所述的一种图像拼接中筛选特征点匹配对的方法，其特征在于在判定内点、外点步骤后，判断内点比例是否大于预设的内点百分比阈值，如果达到则终止，内点对应的匹配对集合即为筛选出的正确的匹配对；如果没有达到则重新选取特征点对并判定内点；如果重新判定的迭代次数超过了预设的最大迭代次数，则终止，取历次迭代中最大数目的内点集合作为正确的匹配对，利用最小二乘拟合内点得出投影变换矩阵，将待匹配图像投影到基准图像的坐标系中，从而完成拼接。
4.根据权利要求1-3所述的一种图像拼接中筛选特征点匹配对的方法，其特征在于所述提取特征点的方法为SIFT法。
5.根据权利要求1-3所述的一种图像拼接中筛选特征点匹配对的方法，其特征在于所述特征点配对步骤中依次计算待配准图像中某个特征点与基准图像中所有特征点的特征矢量之间的误差，取误差最小的特征点与其配对。
6.根据权利要求3所述的一种图像拼接中筛选特征点匹配对的方法，其特征在于所述预设的距离阈值为1/Γ1/2倍图像宽度，预设的内点百分比阈值为509Γ90%，预设的拼接像素距离误差阈值为I飞个像素，预设的最大迭代次数为20次 50次。
全文摘要
本发明属于图像拼接技术领域，具体涉及一种图像拼接中筛选特征点匹配对的方法。目的是为了提高图像拼接精度，减少拼接算法复杂度。该方法包括在基准图像和待配准图像上分别提取特征点；将基准图像和待配准图像上的特征点进行配对；将所有特征点匹配对按照特征向量误差从小到大的顺序排序；选取排序最靠前的且满足互相之间的距离都大于预设的距离阈值的多个特征点对，根据特征点的坐标利用最小二乘求解出投影变换矩阵，进行拼接。本发明通过有针对性地优先抽取特征更为相似的、空间上更为分散的特征点对，从而能更快更好的筛选出正确的匹配对。
文档编号G06T5/50GK102819835SQ20121026154
公开日2012年12月12日 申请日期2012年7月26日 优先权日2012年7月26日
发明者张海, 王建东, 谭枫 申请人:中国航天科工集团第三研究院第八三五七研究所