专利名称：基于模态转换的微分同胚demons图像配准方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及图像处理领域，特别是涉及一种基于模态转换的微分同胚demons图像配准方法和系统。
背景技术：
图像配准就是将不同时间、不同传感器(成像设备)或不同条件下(天候、照度、摄像位置和角度等)获取的两幅或多幅图像进行匹配、叠加的过程，它已经被广泛地应用于遥感数据分析、计算机视觉、图像处理等领域。简单的说，图像配准就是对能使两幅图像相似度最大化的空间变换或映射的寻优过程。图像配准可以分为单模态配准和多模态配准两大类，单模态配准的图像来自同一成像设备，而多模态配准中的图像来自不同的成像设备，多模态配准需要把来自不同成像设备的信息结合到一起。demons算法的图像配准是一种光流驱动的配准算法，根据灰度信息驱动像素点移动。在该算法中，把参考图像和移动图像的像素点灰度差值及参考图像像素点梯度值作为驱动力，在处理小形变的单模态图像配准方面有优势，但是不适合大形变图像配准及多模态图像配准，只适合小形变图像配准。在进行大形变图像配准时，demons算法会引起局部形变，从而破坏了图像的拓扑结构。现已有许多基于demons算法的图像配准的改进算法。微分同胚demons算法可以保持图像的拓扑结构在配准前后不发生改变，继承了demons算法的图像配准在小形变的单模态图像配准方面的优势，而且在处理大形变图像配准方面表现也好，但是不能处理多模态图像配准。模态转换的demons图像配准一般采用互信息法，可以处理多模态图像配准，但是只能处理小形变的图像配准，不适合处理大形变图像配准，当图像有大角度旋转或大尺度缩放时，要么无效，要么费时。
发明内容
基于此，有必要针对现有图像配准方法功能单一，处理能力不足的问题，提供一种既适用于单模态、多模态图像配准又能处理大小形变图像配准的基于模态转换的微分同胚demons图像配准方法。一种基于模态转换的微分同胚demons图像配准方法，包括以下步骤:对参考图像和浮动图像进行仿射变换，产生初始空间变换；对仿射变换后的参考图像和仿射变换后的浮动图像进行模态转换；读取模态转换后的参考图像和模态转换后的浮动图像中像素灰度值数据，获得形变向量，通过形变向量得到空间变换，并将所述初始空间变换更新为所述空间变换；判断所述初始空间变换的更新次数是否达到第一预设次数，若否，则返回所述读取模态转换后的参考图像和模态转换后的浮动图像中像素灰度值数据，获得形变向量，通过形变向量得到空间变换， 并将所述初始空间变换更新为所述空间变换的步骤；
若是，则判断模态转换的次数是否达到第二预设次数；若否，则返回所述对仿射变换后的参考图像和仿射变换后的浮动图像进行模态转换的步骤；若是，则输出所述初始空间变换，将所述初始空间变换用于所述浮动图像的变换。在其中一个实施例中，所述对仿射变换后的参考图像和仿射变换后的浮动图像进行模态转换的步骤具体包括:逐一分别读取仿射变换后的参考图像的像素点和仿射变换后的浮动图像的像素
占.
找取读取的仿射变换后的参考图像的像素点和仿射变换后的浮动图像的像素点灰度值联合直方图中出现次数最多的仿射变换后的浮动图像的像素点以及读取的仿射变换后的浮动图像的像素点和仿射变换后的参考图像的像素点灰度值联合直方图中出现次数最多的仿射变换后的参考图像的像素点；将找取的仿射变换后的浮动图像的像素点灰度值和找取的仿射变换后的参考图像像素点灰度值分别赋值于模态转换后的参考图像和模态转换后的浮动图像。在其中一个实施例中，所述读取模态转换后的参考图像和模态转换后的浮动图像中像素灰度值数据，获得形变向量，通过形变向量得到空间变换，并将所述初始空间变换更新为所述空间变换的步骤具体包括:读取模态转换后的参考图像和模态转换后的浮动图像中像素灰度值数据，计算形变向量值，具体为:利用微分同胚demons法得到目标函数，
权利要求
1.一种基于模态转换的微分同胚demons图像配准方法，其特征在于，包括以下步骤: 对参考图像和浮动图像进行仿射变换，产生初始空间变换； 对仿射变换后的参考图像和仿射变换后的浮动图像进行模态转换； 读取模态转换后的参考图像和模态转换后的浮动图像中像素灰度值数据，获得形变向量，通过形变向量得到空间变换，并将所述初始空间变换更新为所述空间变换； 判断所述初始空间变换的更新次数是否达到第一预设次数，若否，则返回所述读取模态转换后的参考图像和模态转换后的浮动图像中像素灰度值数据，获得形变向量，通过形变向量得到空间变换，并将所述初始空间变换更新为所述空间变换的步骤； 若是，则判断模态转换的次数 是否达到第二预设次数；若否，则返回所述对仿射变换后的参考图像和仿射变换后的浮动图像进行模态转换的步骤； 若是，则输出所述初始空间变换，将所述初始空间变换用于所述浮动图像的变换。
2.如权利要求1所述的基于模态转换的微分同胚demons图像配准方法，其特征在于，所述对仿射变换后的参考图像和仿射变换后的浮动图像进行模态转换的步骤具体包括:逐一分别读取仿射变换后的参考图像的像素点和仿射变换后的浮动图像的像素点；找取读取的仿射变换后的参考图像的像素点和仿射变换后的浮动图像的像素点灰度值联合直方图中出现次数最多的仿射变换后的浮动图像的像素点以及读取的仿射变换后的浮动图像的像素点和仿射变换后的参考图像的像素点灰度值联合直方图中出现次数最多的仿射变换后的参考图像的像素点； 将找取的仿射变换后的浮动图像的像素点灰度值和找取的仿射变换后的参考图像像素点灰度值分别赋值于模态转换后的参考图像和模态转换后的浮动图像。
3.如权利要求1所述的基于模态转换的微分同胚demons图像配准方法，其特征在于，所述读取模态转换后的参考图像和模态转换后的浮动图像中像素灰度值数据，获得形变向量，通过形变向量得到空间变换，并将所述初始空间变换更新为所述空间变换的步骤具体包括: 读取模态转换后的参考图像和模态转换后的浮动图像中像素灰度值数据，计算形变向量值，具体为: 利用微分同胚demons法得到目标函数，
4.如权利要求1-3任一项所述的基于模态转换的微分同胚demons图像配准方法,其特征在于，在所述对参考图像和浮动图像进行仿射变换，产生初始空间变换的步骤和所述对仿射变换后的参考图像和仿射变换后的浮动图像进行模态转换的步骤之间还包括以下步骤: 根据分辨率将仿射变换后的参考图像和仿射变换后的浮动图像分为至少一层级； 在所述层级中逐一的选定一层级； 在所述判断模态转换的次数是否达到第二预设次数的步骤和所述输出所述初始空间变换，将所述初始 空间变换用于所述浮动图像的变换的步骤之间还包括以下步骤: 判断所述层级图像配准的完成次数是否达到总层级数，若否，返回所述在所述层级中逐一的选定一层级的步骤。
5.如权利要求4所述的基于模态转换的微分同胚demons图像配准方法，其特征在于，所述在所述层级中逐一的选定一层级的方法为根据分辨率由低至高选取层级。
6.一种基于模态转换的微分同胚demons图像配准系统,其特征在于,包括: 仿射变换模块，用于对参考图像和浮动图像进行仿射变换，产生初始空间变换； 模态转换模块，用于对仿射变换后的参考图像和仿射变换后的浮动图像进行模态转换； 空间变换获取模块，用于读取模态转换后的参考图像和模态转换后的浮动图像中像素灰度值数据，获得形变向量，通过形变向量得到空间变换，并将所述初始空间变换更新为所述空间变换； 空间变换判断模块，用于判断所述初始空间变换的更新次数是否达到第一预设次数；模态转换判断模块，用于在所述空间变换判断模块判断所述初始空间变换的更新次数达到第一预设次数时，判断模态转换的次数是否达到第二预设次数； 输出模块，用于在所述模态转换判断模块判断模态转换的次数达到第二预设次数时，输出所述初始空间变换，将所述初始空间变换用于所述浮动图像的变换。
7.如权利要求6所述的基于模态转换的微分同胚demons图像配准系统，其特征在于，所述模态转换模块包括: 像素点读取模块，用于逐一分别读取仿射变换后的参考图像的像素点和仿射变换后的浮动图像的像素点； 像素点找取模块，用于找取读取的仿射变换后的参考图像的像素点和仿射变换后的浮动图像的像素点灰度值联合直方图中出现次数最多的仿射变换后的浮动图像的像素点以及读取的仿射变换后的浮动图像的像素点和仿射变换后的参考图像的像素点灰度值联合直方图中出现次数最多的仿射变换后的参考图像的像素点； 像素点赋值模块，用于将找取的仿射变换后的浮动图像的像素点灰度值和找取的仿射变换后的参考图像像素点灰度值分别赋值于模态转换后的参考图像和模态转换后的浮动图像。
8.如权利要求6所述的基于模态转换的微分同胚demons图像配准系统，其特征在于，所述空间变换获取模块包括: 计算模块，用于读取模态转换后的参考图像和浮动图像中像素灰度值数据，计算形变向量值，具体为: 利用微分同胚demons法得到目标函数，
9.如权利要求6-8任一项所述的基于模态转换的微分同胚demons图像配准系统,其特征在于，所述基于模态转换的微分同胚demons图像配准系统还包括: 仿射分级模块，用于根据分辨率将仿射变换后的参考图像和仿射变换后的浮动图像分为至少一层级； 层级选定模块，用于在所述层级中逐一的选定一层级； 层级配准判断模块，用于在所述模态转换判断模块判断模态转换的次数达到第二预设次数时，判断所述层级图像配准的完成次数是否达到总层级数。
10.如权利要求9所述的基于模态转换的微分同胚demons图像配准系统，其特征在于，所述层级选定模块用于根据分辨率由低至高选取一层级。
全文摘要
一种基于模态转换的微分同胚demons图像配准方法和系统，首先对参考图像和浮动图像进行仿射变换，然后对其进行模态转换；读取模态转换后的图像中像素灰度值数据，获得形变向量，通过形变向量得到空间变换，并更新为所述空间变换；在更新次数达到第一预设次数后，模态转换的次数达到第二预设次数时；将初始空间变换用于浮动图像的变换。上述图像配准方法和系统，综合了模态转换demons算法和微分同胚demons算法两种的图像配准方法在图像配准方面的优势。初始空间变换经过了多次迭代，获得相对较优的初始空间变换，将其应用于浮动图像的变换，能较好的实现图像配准，不但适用于单模态、多模态图像配准，又能处理大小形变配准。
文档编号G06T7/00GK103236059SQ20131014849
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月25日 优先权日2013年4月25日
发明者谢小辉, 汤超, 杜如虚 申请人:深圳先进技术研究院