一种图像连通区域描述方法及其在图像配准中的应用方法
【专利摘要】本发明提供一种图像连通区域描述方法，以及一种基于此连通区域描述方法的图像配准方法。为刻画图像当前连通区域的局部形状特征和全局相对位置信息，本发明定义了局部距离上下文和全局距离上下文；局部距离上下文和全局距离上下文均具有平移、旋转、尺度不变性，组合在一起构成了一种良好的图像连通区域描述子。基于此连通区域描述子，本发明提供一种图像配准方法，该方法可对两幅同时存在旋转、平移、尺度变化的图像进行精确配准，因而可应用于自动光学检测(如印刷电路板瑕疵检测)中的图像配准。
【专利说明】一种图像连通区域描述方法及其在图像配准中的应用方法
[0001]
【技术领域】：本发明涉及数字图像处理领域，具体涉及一种图像连通区域描述方法 及其在图像配准中的应用方法。
【背景技术】：
[0002] 为保证100 %的质量达标，自动光学检测（Α0Ι)广泛应用于工业生产如印刷电路 板（PCB)生产领域。图像配准在Α0Ι技术中占有重要地位。现有的图像配准方法大致可分 为两类：基于区域的方法和基于特征的方法.
[0003] 基于区域的方法也称为类相关法或模板匹配法。该方法只利用两幅图像的某种 统计信息作为相似性判别标准，采用适当的搜索算法得到令相似性判别标准最大化的图 像转换形式，以达到图像配准的目的。主要特点是实现比较简单，但应用范围较窄，不能直 接用于校正图像的非线性形变，而且在最优变换的搜索过程中运算量较大。如文献1(S. Mashohor,J. R. Evans,T. Arslan. Image Registration of Printed Circuit Boards using Hybrid Genetic Algorithm. IEEE Congress on Evolutionary Computation，page (s): 2685-2690,2006)提出一种混合爬山（hill-climbing)、精英（elitism)策略的遗传算法进 行图像配准，该算法能处理图像配准中较简单的平移和旋转变换，但难以处理其他复杂的 变换，而且很耗时，对初始化参数比较敏感。
[0004] 基于特征的图像配准算法通过抽取某些几何特征如角点、高曲率点、线片段、目标 轮廓或边缘等特征，并对他们进行匹配以实现图像的匹配。这类方法配准时计算量小，速度 较快，应用也更为广泛。但由于角点、高曲率点、线片段、目标轮廓或边缘等的定位易受噪声 及光照变化的影响，图像配准精度通常难以满足Α0Ι这种对精度要求较高的场合。
[0005] 对图像形状的描述，常用的有傅里叶描述子（FD :Fourier descriptor)、曲率尺 度空间描述子（CSSD:curvature scale space descriptor)、形状上下文描述子等。文 献 2(D. Zhang, G. Lu. A comparative study of curvature scale space and Fourier descriptors. Journal of visual communication and image representation,2003, 14(1) :41-60.)对FD和CSSD在图像检索中的应用进行了比较，发现FD在效果和效率方 面优于 CSSD。文献 3 (C.S. Chen，C.W.Yeh，P.Y. Yin. A novel Fourier descriptor based image alignment algorithm for automatic optical inspection. Journal of visual communication and image representation，2009, 20 :178-189.)提出根据连通区域轮廓 的傅里叶描述子的幅值和相位相似测度实现图像配准，所使用的FD具有平移、旋转、尺度 不变性，但FD毕竟只是一种局部特征描述子，当图像中包含若干相似的目标轮廓时，使用 FD无法对他们进行区分，因而基于FD的图像配准方法精度仍难以保证。
【发明内容】
：
[0006] 为克服现有图像描述子如傅里叶描述子的不足，本发明提供一种同时包含局部形 状信息与全局位置信息的、满足平移、旋转、尺度不变性的计算简单的图像连通区域描述方 法，并在此基础上提供一种精度高、计算量小的图像配准方法。
[0007] -种图像连通区域描述方法，包括以下步骤：
[0008] A1，输入待处理图像P;
[0009] A2，提取图像P中的连通区域及其参考点，记R1、R2...RN为从图像P中提取出的N 个连通区域，且氏：{(Χυ,Υ?」）| j = 1. · · nj (其中叫为氏中的点的个数），?的参考点记为 (Χ-- Yi) (i = 1. . . N)；
[0010] △3，对图像？中每一个连通区域氏（1 = 1...沁，计算其局部距离上下戈'和全局距
【权利要求】
1. 一种图像连通区域描述方法，其特征在于，包括以下步骤： S1-1，输入待处理图像P ; S1-2,提取图像P中的连通区域及其参考点，记Ri、R2. . . RN为从图像P中提取出的N个 连通区域，且Ri :{(Xij，yj I j = 1. · .nj (其中叫为氏中的点的个数），氏的参考点记为 (Χ-- Yi) (i = 1... N)； Sl-3,对图像P中每一个连通区域氏（i = 1... N)，计算其局部距离上下文丨和全局距离 上下文
并辑和
+别作为连通区域氏的局部形状描述子和全局相对位置描述子；
S1-4,输出图像P中每一个连通区域氏（i = 1. . . N)的描a
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1-2所述连通区域提取方法如下： 首先利用预设的阈值t将图像P二值化，记二值化结果为B，即
；然 后对二值图像B进行连通区域标记，B中标记出来的面积大于某一预设参数的连通区域即 为从图像P中所需提取的连通区域。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1-2所述连通区域氏（i = 1. . . N) 的参考点（Xi，yj为连通区域氏的质心（或形心）或连通区域氏的轮廓坐标的统计平均 量。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1-3所述连通区域氏（i = 1. . . N) 的局部距离上下文~定义为&的参考点（Xi，yi)与&中各点（j = 1. . . η)的归一 化加权距离直方图，设该直方图的频数为&，加权函数为Wl()
i勺计算步骤如下： S4-1，初始仂
S4-2,计算点（Xp y)与（Xu, yd的距离dij (j = 1. . . nj，并令屯为中的 最大值，即
S4-3,统计
f的加权距离直方图： 对j = 1到叫，执行 若
54- 4,对
进行归一化处理：计i
并4
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1-3所述连通区域氏（i = 1. . . N)
的全局距离上下文
定义为氏的参考点（Xi，yi)与其余连通区域Rj(l彡j彡队，j尹i)的 参考点（\，yj的归一化加权距离直方图，设该直方图的频数为&，加权函数为 的计
算步骤如下： 55- 1，初始化 S5-2,计算点（Xi，y)与（Xi，yj (1彡j彡N，j关i)的距离δ u，并令δ i为{ δ υ : 1彡j彡N，j关i}中的最大值，即
S5-3,统计{ δ υ | 1彡j彡N，j关i}的加权距离直方图： 对 j = 1. · · i-1，i+1. · ·Ν，执行 若
55- 4,对进行归一化处理：计灣
并令
6.基于权利要求1所述的图像连通区域描述方法，提供一种基于图像连通区域距离上 下文的图像配准方法，其特征在于，包括以下步骤： 56- 1，输入参考图像P和待配准图像T ; S6-2,提取参考图像P和待配准图像T中的连通区域，记Rrl、Rr2. · · Rrm和Rtl、Rt2. · · Rtn 分别为从参考图像P和待配准图像T中提取的m个和n个连通区域； S6-3,令局部距离上下文和全局距离上下文中的直方图频数为K，根据权利要求1所描 述方法，计算连通区域Rh (i = 1. . . m)的局部距离上下文<和全局距离上下文
，以及连通 区域Rtj (j = 1. . . η)的局部距离上下戈和全局距离上下戈
S6-4,由
_
计算连通区域和连通区域Rtj的距离
其中α > 〇和β > 〇为加权系数满足α +β = 1。 S6-5,根据(^(i = 1. · · m，j = 1. · · η)确定参考图像Ρ和待配准图像Τ之间相互匹配 的连通区域对：{Rrt，Rw}为一对相互匹配的连通区域对，当且仅当
且
S6-6,根据步骤S6-5所确定的参考图像P与待配准图像T之间相互匹配的连通区域对 信息，利用最小二乘法估计参考图像与待配准图像之间的平移、旋转、尺度等变换参数； S6-7,根据步骤S6-6估计的变换参数对参考图像P与待配准图像T进行配准。
【文档编号】G06T7/00GK104156938SQ201310181815
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2013年5月14日 优先权日:2013年5月14日
【发明者】郑成勇 申请人:五邑大学