基于特征点图像配准方法的应用研究
基于SIFT特征点的图像拼接技术研究
基于SIFT特征点的图像拼接技术研究一、本文概述图像拼接技术作为计算机视觉领域的重要研究方向，旨在将多幅具有重叠区域的图像进行无缝连接，生成一幅宽视角或全景图像。
这一技术在许多领域都有着广泛的应用，如遥感图像处理、虚拟现实、全景摄影等。
近年来，随着数字图像处理技术的快速发展，基于特征点的图像拼接方法因其高效性和稳定性受到了广泛关注。
其中，尺度不变特征变换（SIFT）作为一种经典的特征提取算法，在图像拼接中发挥着重要作用。
本文旨在深入研究基于SIFT特征点的图像拼接技术，分析其基本原理、算法流程以及关键步骤，并通过实验验证其在实际应用中的效果。
文章将介绍SIFT算法的基本原理和特征提取过程，包括尺度空间的构建、关键点检测和描述子的生成等。
将详细阐述基于SIFT特征点的图像拼接流程，包括特征匹配、几何变换模型的估计、图像配准和融合等步骤。
同时，还将讨论在拼接过程中可能出现的问题和相应的解决方法。
本文将通过实验验证基于SIFT特征点的图像拼接方法的有效性。
实验中，将使用不同场景和不同类型的图像进行拼接，分析算法在不同情况下的性能表现。
还将与其他图像拼接算法进行对比，以评估SIFT算法在图像拼接中的优势和局限性。
文章将总结基于SIFT特征点的图像拼接技术的研究成果和实际应用价值，并展望未来的研究方向和发展趋势。
通过本文的研究，旨在为图像拼接技术的发展和应用提供有益的参考和借鉴。
二、SIFT算法原理尺度不变特征变换（Scale-Invariant Feature Transform，SIFT）是一种广泛应用于图像处理和计算机视觉领域的特征检测和描述算法。
SIFT算法的核心思想是在不同的尺度空间上查找关键点，并计算出关键点的方向，生成一种描述子，这个描述子不仅包含了关键点，也包含了其尺度、方向信息，使得特征具有尺度、旋转和亮度的不变性，对于视角变化、仿射变换和噪声也保持一定的稳定性。
SIFT算法主要包括四个步骤：尺度空间极值检测、关键点定位、关键点方向赋值和关键点描述子生成。
基于特征匹配的非刚性图像配准方法
实验结果与分析
结果
实验结果表明，基于特征匹配的非刚性图像配准方法 在模拟数据集和实际医学影像数据集上均取得了较好 的配准效果。在模拟数据集上，该方法取得了平均误 差小于1.5像素的配准结果；在多模态图像配准任务上 ，该方法取得了平均误差小于3像素的配准结果。在 医学影像数据集上，该方法取得了平均误差小于3像 素的配准结果，且在关键结构区域保持了较好的一致 性。
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弹性映射模型
该模型假设两幅图像之间的对应关系可以由一个弹性映射 函数来表示。这个函数通过对图像的每个像素点应用一种 可变形变换来得到新的图像。
参数化对应模型
该模型通过参数化对应关系来建立源图像和目标图像之间 的映射。常用的参数化方法包括多项式拟合、样条插值等 。
非刚性配准算法
01
基于特征点的配准算法
基于CNN的图像配准方法通常采用多尺度特征提取和注意力机制，以增强配准效果 。
循环神经网络（RNN）在图像配准中的应用
循环神经网络（RNN）是一种 适用于序列数据处理的任务， 包括时间序列和图像序列。
在图像配准中，RNN可以用于 处理具有时间顺序的图像序列 ，如视频中的连续帧。
RNN具有记忆能力，可以捕捉 图像序列中的长期依赖关系， 从而更准确地配准图像。
分析
基于特征匹配的非刚性图像配准方法能够有效地处理 非刚性图像配准问题，适应于不同类型和质量的图像 。该方法通过提取图像的特征点并利用特征点之间的 匹配关系来估计图像的变换参数，能够实现精确、稳 健和可靠的配准效果。同时，该方法还具有较好的鲁 棒性和可扩展性，能够广泛应用于不同领域的图像配 准任务中。
过优化这个模型来得到最佳的配准变换。常用的模型包括刚性模型、仿
基于特征点的凝胶图像配准方法研究
（ １ ） 输入 原 图像 和 待配准 图像 ， 同时定 义一个 统 一的坐标
确定两幅图像 的空间坐标变换公式； 取， 并能够在一定程度 上利用代 表图像相似的特征作为配准依 系， （ ２ ） 分 别对两幅 图像 进行低通滤波， 确定初始搜索点和初始 据， 大 大压缩 了所需处理 的信息量 ， 使得 配准方 法 的计算量减 小、 速度较快 ， 因此得到了广泛应用。 本文 对基于互信息配准算法和 基于ｈ ａ ｒ ｒ ｉ ｓ 算 子配准算法 的搜索方向； （ ３ ） 通过 对待配准 的图像进行空 间变 换来计 算待配准 图像
角点特征 提取 的算 ； Ｈ ａ ｒ ｒ ｉ ｓ 角点检 测是最经典 的角点检 测， 具 有旋转和仿射不变性 。 其处理过程表示如下 ：
（ ２ ）
Ｉ （ Ａ ， ） ＝ ∑Ｐ Ｂ （ 口 ， ｂ ） ｌ ｏ ｇ ［ ｐ 口 （ 口 ， ｂ ） ／ （ ｐ （ 口 ） （ ６ ） ） ］ ｆ １
性较 强。 但是 由于互信息的计 算量较大 ， 所以配准 过程 耗时较
示两个数据集 之间 的统计关 系 。 两幅灰度 图像 Ａ 、 Ｂ 的互信 息 长 。
２ ． ２基于Ｈ ａ ｒ ｒ ｉ ｓ 算子的图像配准方法
Ｈ ａ ｒ ｒ ｉ ｓ 算子是Ｈ ａ ｒ ｒ ｉ ｓ 和ｓ ｔ ｅ ｐ ｈ ｅ ｎ ｓ 提 出的一种基于信号 的
ｆ ＝ａ ｒ ｇ ｍ ａ ｘ Ｉ （ Ａ ， 厂 （ ） ）
ｆ 表示 图像的空间变换 。
（ ６ ）
互信息反应了两幅 配准 图像的相关性 ， 基于互信息的图像
使得两幅图像 经过这个空间 算法的复杂度也较高 。 两者组合型配准 方法是综合利用灰度 配准就是寻找一个空间变换关系 ， 它们的互信息达到最大， 基本过程如下： 和特 征点信息 ， 实现 蛋 白质点的配准 。 在实 际的图像 配准 过 变换后，
基于SIFT算法在图像配准上的应用研究和实现
组网 结构 简单 ，系 统稳 定性 高， 网络适 应 能力强，在系统功能 、需求发生 重大变 好石 可 以灵 活应对 ，且该承载技术具备 良好 的扩展 能力 。在 建设初期可 以为设备 留足端 口，基于 多点对 点的接入方式确保 了监控系统具有 良好 的扩 容 性 。
３．３ Ｐ０Ｎ传输 大大节约了建设 成本
描 述 子 具 有 非 常 强 的 稳 健 性 ｓＩＦＴ特 征对 应尺 度 、旋 转 和亮度 都 具 有 不 变性 ， 因此 它 可 以 用 于 可 靠 匹配 。图像 配 准 时对 图像 进 行 变换 ，使得 变换后 的 图像 能 够 在 常见 的 坐标 系中对 齐。 配准 可 以是严 格 配准 ，也可 以是 非严格 配准 ，为 了能够 进行 图像 对 比 和 更精 细的 图像 分析 ， 图像 配准是 一 步 非常 重要 的操 作 。本文 针对
近 些年 来 ，随着 科技 的不 断 飞速 发展 ，
准方法三大类方法 。在基 于特 征的图像配准方 法 中 ，１９９９年 由 Ｌｏｗｅ提 出 并 在 ２００４年 改 进
图像拼接技术 成为计算机图像处理、计算机视 完 善 的 ＳＩＦＴ算法对 图像旋转 、 比例缩 放、光 觉等领域 的研 究热点。图像拼接在虚拟现实 、 照变化表现 出较 强的鲁棒 性，并能提 取出较多 遥感技术和军 事领域 都有很多的应用。获取到 的特征点 。
＜＜上 接 １０１页
效和无 丢帧传 输，为监控 中心数据 的完整 获取 用 于安防行业监控视频及 图形信息的传输 ，不 范 围内减 少改 造难 度， 降低工 程 造价 。基于
刨造 了 良好 的条件 。
仅 能够 加快 数据的传输速度， 同时也能够满足 ＰＯＮ 网 的传 输技 术方 案适用 新建 全新视 频 网
基于特征的点云配准方法
基于特征的点云配准方法1.引言1.1 概述点云配准是计算机视觉和机器人领域中一个重要的问题，它涉及到将多个点云数据集对齐到同一个坐标系下。
点云配准的目标是找到最优的刚体变换，使得不同点云之间的对应点能够对齐，从而进行后续的分析和处理。
在过去的几十年里，点云配准一直是一个受到广泛关注的研究热点。
它在三维重建、目标识别和机器人导航等领域具有广泛的应用。
然而，由于数据量大、噪声干扰和姿态变化等挑战，点云配准任务仍然具有一定的挑战性。
为了解决这个问题，研究者们提出了许多不同的点云配准方法。
其中基于特征的点云配准方法是一种常用的方法。
这种方法利用点云中的特征进行匹配和对齐，以实现点云的配准。
特征提取方法用于从点云中提取具有判别性和鲁棒性的特征描述子，而特征匹配方法则用于准确地匹配不同点云中的特征点。
本文将重点讨论基于特征的点云配准方法。
首先，我们将介绍一些常用的特征提取方法，包括描述子，这些描述子能够捕捉点云中的局部几何信息和表面特征。
然后，我们将讨论特征匹配方法，这些方法用于确定不同点云中对应的特征点。
接着，我们将介绍基于特征的点云配准方法，这些方法通过最小化特征点对之间的距离，来估计点云之间的刚体变换关系。
最后，我们将讨论点云配准的优化算法，用于进一步优化配准结果。
通过本文的研究，我们希望能够深入了解基于特征的点云配准方法在实践中的应用和挑战。
同时，我们也希望能够为点云配准算法的改进和发展提供一定的参考和借鉴。
点云配准作为一个重要的问题，它的研究和应用具有广阔的前景，有望为三维重建、机器人导航和虚拟现实等领域的发展做出重要贡献。
文章结构部分的内容如下所示：1.2 文章结构本文主要围绕基于特征的点云配准方法展开研究，通过以下几个方面进行论述和探讨。
第2节是正文的核心部分，首先介绍了特征提取方法，包括特征描述子和特征匹配。
在特征提取方法中，我们将重点介绍如何从点云数据中提取出能够描述点云特征的特征描述子，以及如何通过特征匹配来寻找匹配的特征点对。
图像配准与计算机视觉技术的关联与应用研究
图像配准与计算机视觉技术的关联与应用研究图像配准（Image Registration）是计算机视觉领域中的重要研究课题，它是将多幅图像进行对齐和融合，以实现图像数据的全局一致性。
与此同时，计算机视觉技术作为一种广泛应用的技术，也与图像配准密切相关。
本文将对图像配准与计算机视觉技术之间的关联以及应用研究进行探讨。
图像配准是指通过比较两个或多个图像之间的差异，寻找它们之间的对应关系，并将其进行精确的匹配。
在实际应用中，图像配准主要用于医学影像、航空航天、遥感图像、机器人导航、图像融合等领域。
通过图像配准，可以将不同时间、不同角度或不同传感器获取的图像进行融合，从而实现信息的补全、增强和分析。
计算机视觉技术则是指通过计算机和图像处理技术，对图像中的信息进行理解、处理和分析的一种技术。
计算机视觉技术涉及图像获取、图像处理、图像分析和图像识别等方面，具有广泛的应用领域，包括人脸识别、目标跟踪、虚拟现实、自动驾驶等。
图像配准与计算机视觉技术密切相关，二者互相促进并相互依赖。
首先，图像配准是计算机视觉技术的重要基础。
在进行图像处理和分析之前，往往需要对图像进行配准，以确保后续操作的准确性和可靠性。
例如，在目标跟踪任务中，需要将视频序列中的每一帧图像进行配准，以保证目标在不同帧之间的连贯性和准确性。
另外，计算机视觉技术也为图像配准提供了更高效和更准确的方法。
传统的图像配准方法主要借助于基于特征点的配准算法，如SIFT、SURF等。
这些方法需要事先提取特征点，然后通过特征点之间的匹配来进行配准。
然而，这些方法对于特征点的提取和匹配存在一定的局限性。
而利用计算机视觉中的深度学习方法，可以直接从图像中学习特征，实现更精准的配准结果。
例如，使用卷积神经网络（CNN）进行图像匹配，可以在不需要显式提取特征点的前提下，直接学习图像的局部特征，并通过反向传播算法实现优化，进而达到更高效和更准确的图像配准结果。
此外，图像配准与计算机视觉技术在应用研究中有着广泛的应用。
医学图像配准中基于特征点的算法的使用方法与匹配精度分析
医学图像配准中基于特征点的算法的使用方法与匹配精度分析医学图像配准是医学影像处理中的一项重要任务，它将多个不同时间或不同成像设备获取的医学图像进行对齐和融合，提供给医生更准确的诊断和治疗指导。
基于特征点的算法是医学图像配准中常用的一种方法，通过寻找匹配的特征点对实现图像的对准。
本文将介绍基于特征点的算法的使用方法，并对其匹配精度进行分析。
一、基于特征点的算法使用方法：1. 特征点提取：基于特征点的算法首先要从医学图像中提取出具有区分度和稳定性的特征点。
常用的特征点提取方法包括Harris角点检测、SIFT、SURF等。
选择适合的特征点提取算法根据应用场景和数据特点进行选择。
2. 特征描述：提取到的特征点需要进行描述，以便进行匹配。
常用的特征描述算法包括SIFT描述符、SURF描述符、Haar小波等。
这些描述算法能够将特征点的局部特征抽取出来，并表示为一个向量。
3. 特征点匹配：特征点的匹配是整个算法的核心步骤，通过在多个图像中匹配特征点对实现图像的对准。
常用的特征点匹配算法包括基于最近邻的匹配、RANSAC算法等。
在进行特征点匹配时，需要考虑到匹配的唯一性和稳定性，剔除错误匹配。
4. 配准变换：通过对匹配的特征点进行配准变换，实现不同图像的对齐。
常用的配准变换包括仿射变换、透视变换等。
根据实际情况选择合适的变换模型。
二、匹配精度分析：匹配精度是评价医学图像配准算法性能的指标之一，它反映了算法对医学图像进行对齐的准确程度。
匹配精度的计算方法主要基于特征点的配准误差。
1. 平均误差：平均误差是匹配精度的一个重要指标，它反映了匹配后的特征点对之间的平均距离。
平均误差越小，表明匹配的特征点对越准确。
2. 标准差：标准差是匹配精度的另一个指标，它衡量了匹配后的特征点对的分布情况。
标准差越小，表明匹配的特征点对越稳定。
3. 匹配正确率：匹配正确率是匹配精度的一种度量方式，它反映了匹配的特征点对中与实际情况相符的比例。
基于特征点的图像配准子系统的研究与实现
ＦＦ Ｉ Ｏ。这 ８块 差 分 ＦＦ 能存 储 ４行 的 水平 和 垂 直 差 分 数 ＩＯ
图 １ 图 像 特 征 点 邻 域 频 谱 比对
和 ’ 的对 比
离 散 傅 里 叶 变 换 （ ｓｒｔＦ ｕｉｒ ｒｎｆｒ ＤＦ 。 后对 两 幅 图像 中特 征 点 的 傅 里 叶频 谱 进 行 对 比 ， Ｄｉ ｅｅ ｏ ｒ ａｓｏｍ， Ｔ） 然 ｃ ｅＴ
选 出频 域 特 征 最 为 相似 的特 征 点对 。其 过 程 如 图 １ 示 。 所
故 而 本 文 选 择 匹 配 点对 中距 离 最 具 相 似 性 的 ４组 特 征 点 对 作 为 图 像粗 匹配 的结 果 。
注 ：ｓ 成 功 ；Ｆ 失败 ＝ ＝
２４ 图 像 精确 配 准 ．
在 得 到 粗 匹 配 结 果后 ，本 算 法 应 用 粗 匹配 的 结果 ， 以一 幅 图 像 的 匹配 点为 基 准 点 ， 在 另 一幅 图 像 的 匹 配 点 的邻 域 内寻 找 基 准 点 的 最 佳 匹 配 点 ，进 行 精 确 匹 配 。在 精 确 匹配 过 程 中 ，本 算法
是特 征 点 的坐 标 值 。公 式 （ ）和 公 式 （ ）是 对 Ｓ和 ’ 阵 的 ＤＦ ２ ３ 矩 Ｔ。
Ｓ ， ＝ ［ ） 丁 ，ｅ “ “ （Ｖ ｓ （ ］ 了∑∑ （ｙ 一 ｕ） ， ＝ ）
… ｘ ＝０Ｙ ｕ
（） ２
（ ）
Ｓ Ｉ
］
图像 的 角 点 。 ２２ 基 于 特 征 点 邻域 频 谱 比对 的 图 像 匹 配算 法 ．
在 得 到 图像 特 征 点 后 ，本 算 法 需 要 对 图像 的所 有 特 征 点 进 行筛 选 ， 以减 小 算 法 的 计 算量 。基 于对 ＨＣ 基 本 原 理 的研 究 ，发 现 Ｒ值 与 图像 特 征 点 邻 域 的像 素 灰 度 变 化 率 相 关 ，若 某 点 的 Ｒ 值 很 大 ，则 Ｄ
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基于特征点图像配准方法的应用研究
【摘要】针对常用的图像配准技术配准精度不高的问题，本文首先采用RANSAC算法剔除SURF算法初匹配中的误匹配对，再在初次提纯的匹配对中进行欧氏距离排序，提取距离最小的有限匹配对作为最终的匹配结果。
通过实验表明该方法配准精度高，效果好，为后续图像的融合拼接打下良好的基础。
【关键词】RANSAC算法；SURF算法；图像配准
引言
随着传感器技术和计算机计算能力的提高，图像处理技术在社会生活中的应用越来越广泛。
但是由于客观问题及图像传感器本身的局限性等会造成采集到的图像模糊、不完整等问题，因此采用图像处理技术对图像进行配准拼接处理获取完整的图片或者较宽视觉的图片就非常必要。
本文采用基于SURF算法二次匹配法，对图像的特征点进行配准，配准精度得到明显的提高。
1、基于SURF算法初匹配存在问题的分析和解决方法
SURF算法[1]一般用特征矢量间的欧氏距离作为待配准图像的匹配判断矢量。
匹配就是对于图像A中某个特征点，找出图像B中与它欧氏距离最近的特征点，简单地说，如果最近的距离小于某个阀值，则认为这两个点被匹配。
令A图像中的特征点描述子集为基准集，B图像中的特征点描述子集为目标集，通过欧式距离相似度判定度量，对每个qj我们在基准集中都能找到与其欧式距离最近的pi，这样qj和pi就构成一个匹配对。
虽然匹配对中的两个特征点描述子的欧式距离最近，但这并不意味着它们对应相同的图像区域。
在正确的匹配对中的两个特征点描述子的欧式距离会很小，理想状况下为零。
但是当qj 与基准集中多个点的欧氏距离相近的时候，在判断时qj与它最近邻构成的匹配对就有可能是错误的匹配。
上述的分析表明，采用SURF算法对图像进行匹配，对于特征丰富的图像，往往得到数以百计的特征点匹配对，而且具有一定的误差性，存在错误的匹配对。
因此就需要后续的检验过程，提高配准精度。
配准后的图像要转换到同个坐标下，才能进行拼接融合。
这就涉及到图像变换模型。
从图像变换模型的要求[2]中，我们知道，只要有3对对应的匹配对，我们就可以计算出两幅图像间的变换关系。
在此我们先采用RANSAC算法消除错误匹配提高配准精度，以便得到更加精确的变换参数矩阵，便于后期的融合拼接。
2、基于RANSAC剔除误匹配提高配准精度的实现方法
随机抽样一致性RANSAC[3]（Random Sample Consensus）是一种估计数学模型的参数迭代算法，它的主要思路是通过采样和验证的策略，求解大部分样本（在本节中指的是经过SURF算法初步匹配的匹配点）都能满足的数学模型的参数。
众所周知，确定直线方程需要两个数据点，所以RANSAC每次随机抽取样本点是2个。
得到直线方程后，计算数据集中其他点到该直线的距离，如果距离小于阀值的点被认为是内点，否则被认为是外点。
然后统计符合该直线方程的内点数量，如此不断重复采样和验证，我们便可以估计出很多直线方程参数。
最终具有最多内点的直线就被认为是最佳的数学模型估计。
RANSAC的中心思想就是将数据分为内点和外点。
在RANSAC算法中主要是采样估计次数，距离阀值的设定。
本文两次提纯匹配对的具体实现步骤如下：
数据集合是通过SURF算法初匹配得到的匹配对组成的，为了降低计算时间，提高模型参数求解速度，我们采用的是6参数的仿射变换模型。
因此需要至少3对的匹配点数据才能求出仿射变换模型的参数。
1）确定RANSAC采样次数N。
设n是确定模型参数的最少点数，而要确定图像仿射变换参数模型至少需要3个匹配对，所以取n=3。
设P是表示采样的3个点都是内点的概率，一般保证P大于95%就能满足实际应用。
为了提高配准精度，我们将该值设置为0.98。
设w为样本中内点的比例取w=0.6（内点的比例为60%），设不包含外点的比率为好样本，则要在N次的采样中取得所有样本为好样本需要满足：
2）初次提纯距离阀值设定。
在实际应用中，距离阀值通常是靠经验选取的。
一般取值范围是0.0001-0.1，本文将阀值设定为0.0001。
通过与阀值比较确定内点和外点。
3）再次比较提纯。
经过RANSAC提纯后的内点，再次进行欧式距离排序，选取欧式距离最小的前M对匹配点。
（M的选取可以根据配准下一步图像变换矩阵的需要来确定，本文实验取M=15）。
3、本文方法的流程图
到此本文针对图像的配准环节所使用的方法和改进的实现流程总结如图4-1所示。
4、实验结果与分析
采用本文提出的配准方法对采集来的不完整的图像进行实验，该实验在MATLAB平台上进行。
按照本文分析总结得出的算法对图像进行的实验结果如下：
1）采用SURF算法提取特征点：
2）欧氏距离初匹配。
从图4-3中我们明显看到了不少的误匹配。
3）采用RANSAC算法消除错误匹配初次提纯，其次欧氏距离再排序二次提纯。
图4-4显示的就是消除误匹配后，再对提取出来的匹配点的欧式距离排序，选取欧式距离最小的前15对匹配对，通过实验结果我们可以看到经过两次筛选可以极大地提高配准精度。
从表4-1中我们也可知采用本文的配准方法，运行速度虽然降低了，但是极大地提高配准精度。
而要得到好的拼接效果，配准精度是极其关键的。
牺牲一定的时间来获取配准精度还是值得的。
因为速度上除了算法本身的优化，我们还可以借助硬件来达到要求，而不是盲目追求速度，不顾精度。
如果配准精度不高，将会严重影响后面的处理环节。
5、总结
本文将SURF特征应用于图像配准中，并详细分析了SURF算法初匹配中存在误匹配影响配准效果的问题，提出了基于SURF特征两次提纯提高配准精度的配准方法。
首先采用RANSAC算法剔除误匹配对，并对初次提纯的匹配对中进行欧氏距离排序，然后提取距离最小的有限匹配对作为最终的提纯结果。
经过两次提纯，得到较高的准确率。
通过实验表明该方法配准精度高，为后续图像的融合拼接打下良好的基础。
利用最终得到的正确的匹配对，可以采用最小二乘法进行拟合估计，得到较优的仿射模型变换的系数矩阵H，以获取更好的融合拼接效果，这也是我们后面要继续研究的方向。