基于序列图像的图像配准方法研究
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在取得变换矩阵的情况下对第 2 幅图像和第 3 幅图 像进行边缘点配准得到结果如图 3-3 所示。
图 3-1 待配准图像
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图 3-2 提取的边缘
图 3-3 各图与第 1 幅图像进行边缘点匹配定位
四、顺序配准 1.顺 序 配 准 原 理 顺序配准是在图像配准过程中按图像序列顺序对第 i 幅图像与第 i+1 幅图像进行两两配准，将第 i 幅图像作为 参考图，第 i+1 幅图像作为浮动图进行配准，然后再通过 变换函数 Ti 一级级往回计算出第 i 幅图像到第 1 幅图像 的变换函数 Si。该算法的基础是：做为序列图像，其序列相 邻的两幅图像之间互相关性应该会比与序列图像中的其 它图像高，此时对相邻的两幅图像进行图像配准的成功率 与准确性要大于与非相邻图像的图像配准，而在取得相邻 图像的变换函数后 Ti，可以通过对变换函数计算出该图像 与第 1 幅图像的变换函数 Si。
图 4-2 由 9 幅图像求出的融合结果
五、小结 传感器技术的快速发展，使我们处理图像配准时，经 常要面对基于序列图像的图像配准。本文针对序列图像， 分别讨论了基于序列图像的指定配准和顺序配准两种配 准方法，比较了两者的差异、应用环境等，并对其进行了具 体的实现。
参考文献： [1]李 香 娥 ,袁 晓 宏 .利 用 航 空 影 像 进 行 城 市 绿 化 面 积 的 调查[J].测绘与空间地理信息, 2005,(5). [2]李 凌 丰,谭 建 荣,陈 远 朋.基 于 Metaball 的 曲 面 约 束 变形模型及应用[J].计算机研究与发展, 2006,(4). [3]曹 建 农,李 德 仁,关 泽 群.基 于 可 分 解 马 尔 科 夫 网 的 视频图像检测方法研究[J].光学学报, 2005,(3). [4]于海平.一种改进的遗传模拟退火算法在 TSP 中 的 实现[J].福建电脑, 2007,(6). [5]赵 秀 阳,尹 衍 升,杨 波,田 晓 峰.基 于 特 征 点 检 测 的 复 合 材 料 序 列 图 像 的 配 准 [J].化 工 学 报 ,2007,(4).
3.操 作 步 骤 顺序配准的具体操作步骤如下所示： （1）、输入第 i 幅图像和第 i+1 幅图像，以第 i 幅图像 做为参考图，第 i+1 幅图像为浮动图进行图像配准。 （2）、分别提取两幅图像的角点，并以角点为中心取 w× w 小窗口内图像进行互信息计算，设定一个阈值，取互信息 值大于该阈值的角点对为特征点对。 （3）、根据特征点对计算出图像变换函数 Ti。 （4）、对所有图像计算出变换函数 Ti 后，按序列顺序 根据，对第 i 幅图像进行边缘细配及进一步的配准处理。 （5）、校正误差，尽量减小因误差传递造成的配准错误。 4.实 验 结 果 与 分 析 顺序配准在许多场合都会用到，这里对一个 9 幅图像 构成的序列进行融合处理，从参考图到最后一张图像采用 顺序配准，融合结果如图所示。 为能明显区分各源待配准图像，此处略过因转换图像
3. 基于特征库的图像配准是指对已配准的图像提取 出匹配情况良好的特征点或特征区域，建立一个特征库， 新的图像进行图像配准时就不是仅将某一幅图像做为参 考图进行匹配，而是对特征库里的特征进行匹配，当新的
收 稿 日 期 ：2008-12-16 作 者 简 介 ：陈 史 政 （1977-），男 ，福 建 漳 州 人 ，福 建 电 大 漳 州 分 校 讲 师 ，安 徽 大 学 在 职 硕 士 研 究 生 。
如果考虑最坏的情况，不考虑误差的影响可能存在的 互相抵消的情况，则可取得间接测量值的最大绝对误差 D (y)和最大相对误差 E(y)分别为：
图 4-1 参考图
从上式可以看出间接测量值的误差同时取决于原有 直接测量值的误差和误差的传递函数。
对于本文中的图像配准，参考图中的图像即可被视为 直接测量值，而浮动图中的图像经由变换函数 T 变换生成 的图像则可以被视为间接测量值。当待匹配图像数量较少 时，由于误差传递造成的影响相对较小一些，但是如果我们 对大量图像进行顺序配准时，由此引发的误差就会变得越 来越严重，形成类似瀑布效应的情况，到最后，即使第 i+1 幅图像与第 i 幅图像的配准是准确的，也可能会出现由此 计算出的第 i+1 幅图像与第 1 幅图像完全不匹配的情况。
随着传感器技术的快速发展，我们在处理图像配准问题时通常不仅需针对两幅图像配准，而且还需要处理序列
图像的图像配准问题。 本文根据常用的图像配准理论与几何变换知识，讨论了基于序列图像的几种图像配准方
法并作了相应的分析与比较。
关键词：图像配准；序列图像；互信息；边缘检测
中 图 分 类 号 ：TN911.73
2009 年第 3 期
陈史政:基于序列图像的图像配准方法研究
△xn) 对上式进行泰勒级数展开，并略去二阶以上的微量
值，我们得到△y 如下所示：
带来的线型空白区的插值处理部分。第 1 幅图像和第 9 幅 图像间重叠区域很少且基本上都是空白区，如果直接对第 1 幅图像和第 9 幅图像进行配准必定失败，必须通过顺序 配准才能实现此处的图像匹配。
2. 顺序配准则是按序列图像本身的顺序进行两两配 准，就是第 i 幅图像与第 i+1 幅图像进行配准，在两两配准 完成后，再通过变换矩阵的进一步计算进行整合。目前顺 序配准方法在图像融合等应用中使用较多，而且目前对两 幅图像的配准算法研究已经比较深入，有许多配准效果较 好的算法可供选择。但是顺序配准还是有一个比较大的问 题那就是配准后得到的第 i 幅图像变换到第 1 幅参考图 时的误差传递问题较难解决。
文 献 标 识 码 ：A
文 章 编 号 ：1008-7346(2009)03-0073-03
随着传感器技术的快速发展，我们在获取各种目标的 图像方面能力越来越强，在处理这些图像时若要求进行图 像配准时，就经常会遇到基于序列图像的图像配准。所谓 序列图像，即存在于有序的多幅图像集中的图像，一般序 列图像的数量大于两张，而且输入时本身带有一定的顺 序。这时我们不仅需针对两幅图像配准，而且还需要处理 数量较多的有一定顺序的图像，并对它们进行配准。本文 将针对序列图像，采用几种不同的方法进行图像配准研 究。
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福建广播电视大学学报(总第 75 期）
2009 年 6 月 25 日
图像配准成功后，再酌情将新图像的部分特征引入特征 库。对于待配准图像数量较多的情况，使用顺序配准方法 带来的传递误差会越来越大，虽然可以进行较正，但是数 量较多时处理起来比较麻烦，基于特征库图像配准则能较 好地处理这一问题。
三、指定配准 指定配准是指定源图像中的某一幅图像为其它图像 的配准依据，而且通常情况下是对图像中的指定目标进行 配准。 1.指 定 配 准 的 具 体 操 作 步 骤 如 下 所 示 ： （1）读取待配准图像，首先应读取作为参考图的第 1 幅图像，然后按序列顺序，依次读取后继图像。 （2） 按顺序对参考图与第 i 幅图像进行两图像的图像 配准，通过基于特征和互信息的图像配准方法，先进行图像 角点检测、完成所有图像与参考图的互信息角点区域配对。 （3）按顺序计算参考图与第 i 幅图像的粗配变换矩阵 Ti。 （4）对所有图像进行边缘检测，提取包括参考图在内 的所有待配准图像边缘并进行相应的细化处理。 （5）按序列顺序，依据粗配变换矩阵 Ti 对参考图像和 第 i 幅图像进行边缘细配，完成图像间的图像配准。 2.实 验 结 果 与 分 析 实验采用上述方法对给出的三幅图像进行图像配准， 指定第 1 幅图像为参考图，指定图中的小车为配准目标。 余下的图像要求对第 1 幅图像中的目标进行配准。 经过指定配准后得到的第 2 幅图像到第 1 幅图像的 变换矩阵 T1 和第 3 幅图像到第 1 幅图像的变换矩阵 T2 如 下所示：
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准分为三个大类：指定配准、顺序配准、基于特征库配准。 这几大类的配准算法对序列图像的处理方法不同，所具有 的优缺点也不同，适用于不同的配准条件与配准要求。本 文主要针对前两种类型的配准方法进行研究。
1. 指定配准是指定源图像中的某一幅图像为其它图 像的配准依据，通常是对图像中的指定目标进行配准。指 定配准在目标查找、目标定位、目标识别等情况下使用较 多，在这些情况下图像背景通常会出现较多、较复杂变化， 而目标可能在图像中占有面积并不是很大，在很多情况下 背景的信息并不重要。所以配准时就必须先指定一个具体 的配准目标或是指定某一幅图像为其它图像的配准参考 图。在具体配准过程中去掉背景部分的匹配信息，仅对目 标本身进行匹配。
2.误 差 传 递 间接测量值是通过一些能够直接测量到的值按一定 的函数关系计算得到的值，由于直接测量值有误差，从而 使得间接测量值也会存有误差。如何由直接测量值的误差 估算间接测量值的误差，就涉及到了误差的传递问题。在 顺序配准的过程中，第 1 幅是参考图，其中各像素并不一 定就是准确的，可能会存在畸变等各种情况造成的误差， 那么对第 2 幅图像进行配准时就有可能带入新的传递误 差。若第 2 幅图像配准时存在一定的误差，那么第 3 幅图 像以第 2 幅图像为参考图进行的配准将延继生成新的误 差，逐级向下传递。并且，越是前面出现的误差，对最后一 幅图像产生的错误影响就会越大。 下面我们介绍一下误差传递的一些理论。设 y=f(x1， x2，…，xn)，即间接测量值 y 是直接测量值 x1，x2，…，xn 的函 数求值，对于各变量的绝对误差引起的增量，我们可以用 △x1，△x2，…，△xn 来表示。那么△y 就可由下式给出： △y=f(x1+△x1，x2+△x2，…，xn+△xn)- f(△x1，△x2，…，
一、序列图像的特点 对于序列图像来说，它有几个比较明显的特点，下面 分别进行介绍。一个是需要进行处理的图像数量一般都比 较多，不同于仅需配准两幅图像的情况，需要考虑对数量 较多的图像进行配准。另外，图像本身有序也是一个很重 要的特点，因为我们在处理图像时，处理图像的顺序往往 会直接影响到图像配准结果的准确性，而序列图像中的图 像本身的顺序一般都具有一定的意义，也就是说序列相邻 的图像相关性较大。有序性可以使我们免去预处理中对图 像的排序步骤。最后，由于实际应用范围较广，所以具体的 图像配准情况通常都较复杂。这主要是因为随着现在摄影 摄像技术的快速发展，可以比较容易获得各种待处理图 像，而待配准图像数量的增加、待配准图像来源的多样性 常常会导致配准复杂度和运算量的增加。 二、基于序列图像的图像配准分类 根据图像配准算法，在这里将基于序列图像的图像配
2009 年第 3 期 总第 75 期
பைடு நூலகம்
福建广播电视大学学报
Journal of Fujian Radio & TV University
No.3,2009 General,No.75
基于序列图像的图像配准方法研究
陈史政
（福建广播电视大学漳州分校，福建漳州，363000）
摘要：目前图像配准技术应用领域很广，在医学方面的、卫星遥感、机器视觉、军事等领域都有相关的应用。
图 3-1 待配准图像
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图 3-2 提取的边缘
图 3-3 各图与第 1 幅图像进行边缘点匹配定位
四、顺序配准 1.顺 序 配 准 原 理 顺序配准是在图像配准过程中按图像序列顺序对第 i 幅图像与第 i+1 幅图像进行两两配准，将第 i 幅图像作为 参考图，第 i+1 幅图像作为浮动图进行配准，然后再通过 变换函数 Ti 一级级往回计算出第 i 幅图像到第 1 幅图像 的变换函数 Si。该算法的基础是：做为序列图像，其序列相 邻的两幅图像之间互相关性应该会比与序列图像中的其 它图像高，此时对相邻的两幅图像进行图像配准的成功率 与准确性要大于与非相邻图像的图像配准，而在取得相邻 图像的变换函数后 Ti，可以通过对变换函数计算出该图像 与第 1 幅图像的变换函数 Si。
图 4-2 由 9 幅图像求出的融合结果
五、小结 传感器技术的快速发展，使我们处理图像配准时，经 常要面对基于序列图像的图像配准。本文针对序列图像， 分别讨论了基于序列图像的指定配准和顺序配准两种配 准方法，比较了两者的差异、应用环境等，并对其进行了具 体的实现。
参考文献： [1]李 香 娥 ,袁 晓 宏 .利 用 航 空 影 像 进 行 城 市 绿 化 面 积 的 调查[J].测绘与空间地理信息, 2005,(5). [2]李 凌 丰,谭 建 荣,陈 远 朋.基 于 Metaball 的 曲 面 约 束 变形模型及应用[J].计算机研究与发展, 2006,(4). [3]曹 建 农,李 德 仁,关 泽 群.基 于 可 分 解 马 尔 科 夫 网 的 视频图像检测方法研究[J].光学学报, 2005,(3). [4]于海平.一种改进的遗传模拟退火算法在 TSP 中 的 实现[J].福建电脑, 2007,(6). [5]赵 秀 阳,尹 衍 升,杨 波,田 晓 峰.基 于 特 征 点 检 测 的 复 合 材 料 序 列 图 像 的 配 准 [J].化 工 学 报 ,2007,(4).
3.操 作 步 骤 顺序配准的具体操作步骤如下所示： （1）、输入第 i 幅图像和第 i+1 幅图像，以第 i 幅图像 做为参考图，第 i+1 幅图像为浮动图进行图像配准。 （2）、分别提取两幅图像的角点，并以角点为中心取 w× w 小窗口内图像进行互信息计算，设定一个阈值，取互信息 值大于该阈值的角点对为特征点对。 （3）、根据特征点对计算出图像变换函数 Ti。 （4）、对所有图像计算出变换函数 Ti 后，按序列顺序 根据，对第 i 幅图像进行边缘细配及进一步的配准处理。 （5）、校正误差，尽量减小因误差传递造成的配准错误。 4.实 验 结 果 与 分 析 顺序配准在许多场合都会用到，这里对一个 9 幅图像 构成的序列进行融合处理，从参考图到最后一张图像采用 顺序配准，融合结果如图所示。 为能明显区分各源待配准图像，此处略过因转换图像
3. 基于特征库的图像配准是指对已配准的图像提取 出匹配情况良好的特征点或特征区域，建立一个特征库， 新的图像进行图像配准时就不是仅将某一幅图像做为参 考图进行匹配，而是对特征库里的特征进行匹配，当新的
收 稿 日 期 ：2008-12-16 作 者 简 介 ：陈 史 政 （1977-），男 ，福 建 漳 州 人 ，福 建 电 大 漳 州 分 校 讲 师 ，安 徽 大 学 在 职 硕 士 研 究 生 。
如果考虑最坏的情况，不考虑误差的影响可能存在的 互相抵消的情况，则可取得间接测量值的最大绝对误差 D (y)和最大相对误差 E(y)分别为：
图 4-1 参考图
从上式可以看出间接测量值的误差同时取决于原有 直接测量值的误差和误差的传递函数。
对于本文中的图像配准，参考图中的图像即可被视为 直接测量值，而浮动图中的图像经由变换函数 T 变换生成 的图像则可以被视为间接测量值。当待匹配图像数量较少 时，由于误差传递造成的影响相对较小一些，但是如果我们 对大量图像进行顺序配准时，由此引发的误差就会变得越 来越严重，形成类似瀑布效应的情况，到最后，即使第 i+1 幅图像与第 i 幅图像的配准是准确的，也可能会出现由此 计算出的第 i+1 幅图像与第 1 幅图像完全不匹配的情况。
随着传感器技术的快速发展，我们在处理图像配准问题时通常不仅需针对两幅图像配准，而且还需要处理序列
图像的图像配准问题。 本文根据常用的图像配准理论与几何变换知识，讨论了基于序列图像的几种图像配准方
法并作了相应的分析与比较。
关键词：图像配准；序列图像；互信息；边缘检测
中 图 分 类 号 ：TN911.73
2009 年第 3 期
陈史政:基于序列图像的图像配准方法研究
△xn) 对上式进行泰勒级数展开，并略去二阶以上的微量
值，我们得到△y 如下所示：
带来的线型空白区的插值处理部分。第 1 幅图像和第 9 幅 图像间重叠区域很少且基本上都是空白区，如果直接对第 1 幅图像和第 9 幅图像进行配准必定失败，必须通过顺序 配准才能实现此处的图像匹配。
2. 顺序配准则是按序列图像本身的顺序进行两两配 准，就是第 i 幅图像与第 i+1 幅图像进行配准，在两两配准 完成后，再通过变换矩阵的进一步计算进行整合。目前顺 序配准方法在图像融合等应用中使用较多，而且目前对两 幅图像的配准算法研究已经比较深入，有许多配准效果较 好的算法可供选择。但是顺序配准还是有一个比较大的问 题那就是配准后得到的第 i 幅图像变换到第 1 幅参考图 时的误差传递问题较难解决。
文 献 标 识 码 ：A
文 章 编 号 ：1008-7346(2009)03-0073-03
随着传感器技术的快速发展，我们在获取各种目标的 图像方面能力越来越强，在处理这些图像时若要求进行图 像配准时，就经常会遇到基于序列图像的图像配准。所谓 序列图像，即存在于有序的多幅图像集中的图像，一般序 列图像的数量大于两张，而且输入时本身带有一定的顺 序。这时我们不仅需针对两幅图像配准，而且还需要处理 数量较多的有一定顺序的图像，并对它们进行配准。本文 将针对序列图像，采用几种不同的方法进行图像配准研 究。
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福建广播电视大学学报(总第 75 期）
2009 年 6 月 25 日
图像配准成功后，再酌情将新图像的部分特征引入特征 库。对于待配准图像数量较多的情况，使用顺序配准方法 带来的传递误差会越来越大，虽然可以进行较正，但是数 量较多时处理起来比较麻烦，基于特征库图像配准则能较 好地处理这一问题。
三、指定配准 指定配准是指定源图像中的某一幅图像为其它图像 的配准依据，而且通常情况下是对图像中的指定目标进行 配准。 1.指 定 配 准 的 具 体 操 作 步 骤 如 下 所 示 ： （1）读取待配准图像，首先应读取作为参考图的第 1 幅图像，然后按序列顺序，依次读取后继图像。 （2） 按顺序对参考图与第 i 幅图像进行两图像的图像 配准，通过基于特征和互信息的图像配准方法，先进行图像 角点检测、完成所有图像与参考图的互信息角点区域配对。 （3）按顺序计算参考图与第 i 幅图像的粗配变换矩阵 Ti。 （4）对所有图像进行边缘检测，提取包括参考图在内 的所有待配准图像边缘并进行相应的细化处理。 （5）按序列顺序，依据粗配变换矩阵 Ti 对参考图像和 第 i 幅图像进行边缘细配，完成图像间的图像配准。 2.实 验 结 果 与 分 析 实验采用上述方法对给出的三幅图像进行图像配准， 指定第 1 幅图像为参考图，指定图中的小车为配准目标。 余下的图像要求对第 1 幅图像中的目标进行配准。 经过指定配准后得到的第 2 幅图像到第 1 幅图像的 变换矩阵 T1 和第 3 幅图像到第 1 幅图像的变换矩阵 T2 如 下所示：
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准分为三个大类：指定配准、顺序配准、基于特征库配准。 这几大类的配准算法对序列图像的处理方法不同，所具有 的优缺点也不同，适用于不同的配准条件与配准要求。本 文主要针对前两种类型的配准方法进行研究。
1. 指定配准是指定源图像中的某一幅图像为其它图 像的配准依据，通常是对图像中的指定目标进行配准。指 定配准在目标查找、目标定位、目标识别等情况下使用较 多，在这些情况下图像背景通常会出现较多、较复杂变化， 而目标可能在图像中占有面积并不是很大，在很多情况下 背景的信息并不重要。所以配准时就必须先指定一个具体 的配准目标或是指定某一幅图像为其它图像的配准参考 图。在具体配准过程中去掉背景部分的匹配信息，仅对目 标本身进行匹配。
2.误 差 传 递 间接测量值是通过一些能够直接测量到的值按一定 的函数关系计算得到的值，由于直接测量值有误差，从而 使得间接测量值也会存有误差。如何由直接测量值的误差 估算间接测量值的误差，就涉及到了误差的传递问题。在 顺序配准的过程中，第 1 幅是参考图，其中各像素并不一 定就是准确的，可能会存在畸变等各种情况造成的误差， 那么对第 2 幅图像进行配准时就有可能带入新的传递误 差。若第 2 幅图像配准时存在一定的误差，那么第 3 幅图 像以第 2 幅图像为参考图进行的配准将延继生成新的误 差，逐级向下传递。并且，越是前面出现的误差，对最后一 幅图像产生的错误影响就会越大。 下面我们介绍一下误差传递的一些理论。设 y=f(x1， x2，…，xn)，即间接测量值 y 是直接测量值 x1，x2，…，xn 的函 数求值，对于各变量的绝对误差引起的增量，我们可以用 △x1，△x2，…，△xn 来表示。那么△y 就可由下式给出： △y=f(x1+△x1，x2+△x2，…，xn+△xn)- f(△x1，△x2，…，
一、序列图像的特点 对于序列图像来说，它有几个比较明显的特点，下面 分别进行介绍。一个是需要进行处理的图像数量一般都比 较多，不同于仅需配准两幅图像的情况，需要考虑对数量 较多的图像进行配准。另外，图像本身有序也是一个很重 要的特点，因为我们在处理图像时，处理图像的顺序往往 会直接影响到图像配准结果的准确性，而序列图像中的图 像本身的顺序一般都具有一定的意义，也就是说序列相邻 的图像相关性较大。有序性可以使我们免去预处理中对图 像的排序步骤。最后，由于实际应用范围较广，所以具体的 图像配准情况通常都较复杂。这主要是因为随着现在摄影 摄像技术的快速发展，可以比较容易获得各种待处理图 像，而待配准图像数量的增加、待配准图像来源的多样性 常常会导致配准复杂度和运算量的增加。 二、基于序列图像的图像配准分类 根据图像配准算法，在这里将基于序列图像的图像配
2009 年第 3 期 总第 75 期
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No.3,2009 General,No.75
基于序列图像的图像配准方法研究
陈史政
（福建广播电视大学漳州分校，福建漳州，363000）
摘要：目前图像配准技术应用领域很广，在医学方面的、卫星遥感、机器视觉、军事等领域都有相关的应用。