角点和边缘结合的红外与可见光图像匹配
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行 业 应 用 ·ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
角 点和 边 缘 结合 的 红外 与 可 见 光 图像 匹配
葛 雯 ，何 博
（沈 阳航 空 航 天 大 学 电子 信 息 工 程 学 院 ，辽 宁沈 阳 １１０１３６）
摘 要 ：针 对可见 光 与红 外 图像在 复杂 背景 下 匹配准确度 低 的缺 点 ，提 出一种 新 的 基 于边 缘 特征 的 匹配 算 法 ，算 法首 先 对 图像
方 向特 性 ，对 不 同 的 边 缘 点 采 用 不 同 的 权 值 进 行 Ｈａｕｓｄｏｒｆｆ加 权 ，最 后 将 两 种 边 缘 点 Ｈａｕｓｄｏｆｆ距 离 结 合 得 到 最 背景复 杂 的红 外与可 见光 图像 匹 配 中也 能保持 较 高的 准确度 。
Ｏ 引 言 目前 ，异 源 图像 的匹 配 问题 一直 是 一 个 难 点 ，红 外
图像 与可 见光 图像 的 匹配 更 是 其 中更 难 解 决 的一 个 问 题 。近年 来 ，国 内外 学 者 提 出 了许 多 关 于 图像 匹配 的 算 法 ，大致 可 分 为 两 大类 。一 类 是 基 于 图 像 区域 的 匹 配 ，另 一类 是 基 于 图像 特 征 的 匹配 。基 于 区域 的 匹 配 是 将整 幅 图或 局部 的 灰度 或 者 梯 度 信息 加 以统 计 作 为 匹 配度 量 ，例 如 改 进 的 ＳＩＦＴ 匹 配 是 先 运 用 多 尺 度 Ｈａｒｒｉｓ提取 特 征点 ，再统 计 各特 征 点邻 域 的梯 度 分 布作 为 特征 描述 子 ，然后 加 以 匹配 。文 献 ［２］中改 进 的归一 化 互相 关 （Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ Ｃｒｏｓｓ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ，ＮＣＣ）匹 配 利用 了序 贯 相 似性 检测 技 术 与 ＮＣＣ匹配 度 量 结 合 ，实 现基 于 区域 的 目标 检 测 。 文献 ［３］提 出 了一 种 基 于互 信 息 的匹配 算 法 。 由于 红 外 图像 与 可 见 光 灰 度 差 异 大 ，以
关 键 词 ：图像 处 理 ；图像 匹配 ；Ｈａｕｓｄｏｒｆｆ距 离 ；红 外 图像 ；可 见 光 图 像 ；角 点 ；边 缘
中 图 分 类 号 ：ＴＮ９１１．７３
文 献 标 识 码 ：Ａ
ＤＯＩ：１０．１９３５８／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９６—５１３３．２０１８．０２．０２９
引用 格式 ：葛 雯 ，何 博．角点 和边 缘结 合 的红外 与可 见光 图像 匹配 ［Ｊ］．信 息技 术与 网络 安全 ，２０１８，３７（２）：１２２—１２６．
Ａ ｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｔｈｅ ｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇ ｏｆ ｌｏｗ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｉｍ ａｇｅ ａｎｄ ｖｉｓｉｂｌｅ ｌｉｇｈｔ ｉｍ ａｇｅ ｍ ａｔｃｈｉｎｇ ｉｎ ｃｏｍｐｌｅｘ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ，ａｎ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｉｍａｇｅ ａｎｄ ｖｉｓｉｂｌｅ ｌｉｇｈｔ ｉｍ ａｇｅ ｍ ａｔｃｈｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｅｄｇｅ ｆｅａｔｕｒｅ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ． Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｗａｖｅｌｅｔ ｄｅｎｏｉｓｉｎｇ ｉｓ ｕｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｉｍａｇｅ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ， ｔｈｅ ｅｄｇｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｒｎｅｒ ｐｏｉｎｔｓ ａｒｅ ｅｘｔｒａｃｔｅｄ ａｎｄ ａ Ｎｅｗ ＣＳＳ—ＥＤＧＥ—Ｗ Ｈ Ｄ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｆｏｒ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ． Ｔｈｅ ｎｅｗ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｖａｒｉａｎｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｒｎｅｒ ｐｏｉｎｔｓ ｗｈｏｓｅ ｗｅｉｇｈｔ ｖａｌｕｅｓ ａｒｅ ａｌｓｏ ｄｅｄｕｃｅｄ． Ｔｈｅ ｃｏｒｎｅｒ ｐｏｉｎｔｓ ａｒｅ ｗｅｉｇｈｔｅｄ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗｅｉｇｈｔ ｖａｌｕｅｓ． Ｂｏｔｈ ｔｈｅ ｌｏｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｒｎｅｒ ｐｏｉｎｔｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｐｏｉｎｔ ｗｉｔｈ ｍａｘｉｍｕｍ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ ａｒｅ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｎｅｗ ＣＳＳ—ＥＤＧＥ—Ｗ Ｈ Ｄ ｄｉｓ— ｔａｎｃｅ． Ｌａｓｔｌｙ，ｔｈｅ Ｈａｕｓｄｏｒｆｆ ｄｉｓｔａｎｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｗｏ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｅｄｇｅ ｐｏｉｎｔｓ ａｒｅ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｔｈｅ ｆｉｎａｌ ｍａｔｃｈｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ． Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅ— ｓｕｉｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｃａｎ ｍａｉｎｔａｉｎ ｈｉｇｈ ａｃｃｕｒａｃｙ ｉｎ ｔｈｅ ｉｍａｇｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｗｉｔｈ ｃｏｍｐｌｅｘ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ． Ｋｅｙ ｗ ｏｒｄｓ： ｉｍ ａｇｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；ｉｍａｇｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ； Ｈａｕｓｄｏｆｆ ｄｉｓｔａｎｃｅ； ｉｎｆｒａｒｅｄ ｉｍａｇｅ； ｖｉｓｉｂｌｅ ｉｍ ａｇｅ；ｃｏｒｎｅｒ；ｅｄｇｅ
进 行 小 波 去 噪 ，然 后 提 取 图 像 的 边 缘 及 其 角 点 ，在 匹 配 测 度 上 提 出 了新 的 ＣＳＳ—ＥＤＧＥ—ＷＨＤ 距 离 ，该 距 离 测 度 在 加 权 Ｈａｕｓｄｏｒｆｆ的
基 础 上 ，结 合 了边 缘 角 点 的 方 向 差 异 性 ，并 推 出相 应 权 值 ，既 利 用 了边 缘 点 的 位 置 信 息 ，又 利 用 了 边 缘 上 曲率 极 大 值 点 （角 点 ）的
Ｉｎｆｒａｒｅｄ ａｎｄ ｖｉｓｉｂｌｅ ｌｉｇｈｔ ｉｍａｇｅｓ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｏｒｎｅｒ ａｎｄ ｅｄｇｅ
Ｇｅ Ｗ ｅｎ，Ｈ ｅ Ｂｏ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １ １０１３６，Ｃｈｉｎａ）
角 点和 边 缘 结合 的 红外 与 可 见 光 图像 匹配
葛 雯 ，何 博
（沈 阳航 空 航 天 大 学 电子 信 息 工 程 学 院 ，辽 宁沈 阳 １１０１３６）
摘 要 ：针 对可见 光 与红 外 图像在 复杂 背景 下 匹配准确度 低 的缺 点 ，提 出一种 新 的 基 于边 缘 特征 的 匹配 算 法 ，算 法首 先 对 图像
方 向特 性 ，对 不 同 的 边 缘 点 采 用 不 同 的 权 值 进 行 Ｈａｕｓｄｏｒｆｆ加 权 ，最 后 将 两 种 边 缘 点 Ｈａｕｓｄｏｆｆ距 离 结 合 得 到 最 背景复 杂 的红 外与可 见光 图像 匹 配 中也 能保持 较 高的 准确度 。
Ｏ 引 言 目前 ，异 源 图像 的匹 配 问题 一直 是 一 个 难 点 ，红 外
图像 与可 见光 图像 的 匹配 更 是 其 中更 难 解 决 的一 个 问 题 。近年 来 ，国 内外 学 者 提 出 了许 多 关 于 图像 匹配 的 算 法 ，大致 可 分 为 两 大类 。一 类 是 基 于 图 像 区域 的 匹 配 ，另 一类 是 基 于 图像 特 征 的 匹配 。基 于 区域 的 匹 配 是 将整 幅 图或 局部 的 灰度 或 者 梯 度 信息 加 以统 计 作 为 匹 配度 量 ，例 如 改 进 的 ＳＩＦＴ 匹 配 是 先 运 用 多 尺 度 Ｈａｒｒｉｓ提取 特 征点 ，再统 计 各特 征 点邻 域 的梯 度 分 布作 为 特征 描述 子 ，然后 加 以 匹配 。文 献 ［２］中改 进 的归一 化 互相 关 （Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ Ｃｒｏｓｓ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ，ＮＣＣ）匹 配 利用 了序 贯 相 似性 检测 技 术 与 ＮＣＣ匹配 度 量 结 合 ，实 现基 于 区域 的 目标 检 测 。 文献 ［３］提 出 了一 种 基 于互 信 息 的匹配 算 法 。 由于 红 外 图像 与 可 见 光 灰 度 差 异 大 ，以
关 键 词 ：图像 处 理 ；图像 匹配 ；Ｈａｕｓｄｏｒｆｆ距 离 ；红 外 图像 ；可 见 光 图 像 ；角 点 ；边 缘
中 图 分 类 号 ：ＴＮ９１１．７３
文 献 标 识 码 ：Ａ
ＤＯＩ：１０．１９３５８／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９６—５１３３．２０１８．０２．０２９
引用 格式 ：葛 雯 ，何 博．角点 和边 缘结 合 的红外 与可 见光 图像 匹配 ［Ｊ］．信 息技 术与 网络 安全 ，２０１８，３７（２）：１２２—１２６．
Ａ ｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｔｈｅ ｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇ ｏｆ ｌｏｗ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｉｍ ａｇｅ ａｎｄ ｖｉｓｉｂｌｅ ｌｉｇｈｔ ｉｍ ａｇｅ ｍ ａｔｃｈｉｎｇ ｉｎ ｃｏｍｐｌｅｘ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ，ａｎ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｉｍａｇｅ ａｎｄ ｖｉｓｉｂｌｅ ｌｉｇｈｔ ｉｍ ａｇｅ ｍ ａｔｃｈｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｅｄｇｅ ｆｅａｔｕｒｅ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ． Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｗａｖｅｌｅｔ ｄｅｎｏｉｓｉｎｇ ｉｓ ｕｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｉｍａｇｅ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ， ｔｈｅ ｅｄｇｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｒｎｅｒ ｐｏｉｎｔｓ ａｒｅ ｅｘｔｒａｃｔｅｄ ａｎｄ ａ Ｎｅｗ ＣＳＳ—ＥＤＧＥ—Ｗ Ｈ Ｄ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｆｏｒ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ． Ｔｈｅ ｎｅｗ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｖａｒｉａｎｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｒｎｅｒ ｐｏｉｎｔｓ ｗｈｏｓｅ ｗｅｉｇｈｔ ｖａｌｕｅｓ ａｒｅ ａｌｓｏ ｄｅｄｕｃｅｄ． Ｔｈｅ ｃｏｒｎｅｒ ｐｏｉｎｔｓ ａｒｅ ｗｅｉｇｈｔｅｄ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗｅｉｇｈｔ ｖａｌｕｅｓ． Ｂｏｔｈ ｔｈｅ ｌｏｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｒｎｅｒ ｐｏｉｎｔｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｐｏｉｎｔ ｗｉｔｈ ｍａｘｉｍｕｍ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ ａｒｅ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｎｅｗ ＣＳＳ—ＥＤＧＥ—Ｗ Ｈ Ｄ ｄｉｓ— ｔａｎｃｅ． Ｌａｓｔｌｙ，ｔｈｅ Ｈａｕｓｄｏｒｆｆ ｄｉｓｔａｎｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｗｏ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｅｄｇｅ ｐｏｉｎｔｓ ａｒｅ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｔｈｅ ｆｉｎａｌ ｍａｔｃｈｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ． Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅ— ｓｕｉｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｃａｎ ｍａｉｎｔａｉｎ ｈｉｇｈ ａｃｃｕｒａｃｙ ｉｎ ｔｈｅ ｉｍａｇｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｗｉｔｈ ｃｏｍｐｌｅｘ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ． Ｋｅｙ ｗ ｏｒｄｓ： ｉｍ ａｇｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；ｉｍａｇｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ； Ｈａｕｓｄｏｆｆ ｄｉｓｔａｎｃｅ； ｉｎｆｒａｒｅｄ ｉｍａｇｅ； ｖｉｓｉｂｌｅ ｉｍ ａｇｅ；ｃｏｒｎｅｒ；ｅｄｇｅ
进 行 小 波 去 噪 ，然 后 提 取 图 像 的 边 缘 及 其 角 点 ，在 匹 配 测 度 上 提 出 了新 的 ＣＳＳ—ＥＤＧＥ—ＷＨＤ 距 离 ，该 距 离 测 度 在 加 权 Ｈａｕｓｄｏｒｆｆ的
基 础 上 ，结 合 了边 缘 角 点 的 方 向 差 异 性 ，并 推 出相 应 权 值 ，既 利 用 了边 缘 点 的 位 置 信 息 ，又 利 用 了 边 缘 上 曲率 极 大 值 点 （角 点 ）的
Ｉｎｆｒａｒｅｄ ａｎｄ ｖｉｓｉｂｌｅ ｌｉｇｈｔ ｉｍａｇｅｓ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｏｒｎｅｒ ａｎｄ ｅｄｇｅ
Ｇｅ Ｗ ｅｎ，Ｈ ｅ Ｂｏ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １ １０１３６，Ｃｈｉｎａ）