模式识别中图像匹配快速算法研究

摘要

图像匹配算法的研究是模式识别学科研究的一个分支，该问题的核心是找到两幅图像在空间上或儿何上的最佳映射函数，使得通过该映射函数能够将两幅图像相似的部分尽可能地进行重叠。在很多的研究领域，图像匹配算法的准确性及计算效率都对研究的最终结果起到了至关重要的作用。图像匹配由于其应用背景的广泛性和数据获得的多样性，导致了各种匹配算法的适用范围也具有一定的局限性。
　　 在图像的获取方式中，有一类是先获取物体的一系列投影数据然后通过这些数据还原出物体内部的时域图像，现代影像诊断医学中CT(Computerizedtomography)、PET(Positron Emission Tomography)等都是通过类似的方法得到人体的内部图像。对于此类图像的匹配目前是在恢复后的时域图像中完成的。本文对目前常见的投影模型如RT(Radon Transform)变换、DBT(DivergentBeam Transfrom)变换，以及在模式识别中常用的HT(Hough Transform)变换从性质和实现上进行了研究，并分析了它们之间的转换关系。在此基础上，本文对此类途径获取的图像提出了一种新的图像匹配思路：直接在投影域利用投影数据来对时域图像进行匹配，这样避免了对已经存在一定误差的时域图像来进行匹配。根据本文所调查的资料，由于变换参数之间所存在的复杂依赖关系，目前还没有研究能够完全在投影域中完成对存在仿射变换图像的匹配。在本文中提出了一种基于投影变换的快速图像匹配算法，该算法完全在投影域分离了参数之间的依赖关系，可以直接对所获得的投影数据使用基于FFT的运算和最小二乘方法就能完成对时域中两幅完全重叠且存在仿射变换图像的匹配，算法对在该背景下获得图像的匹配具有很高的计算效率与对噪声的鲁棒性。通过数值仿真说明，该算法与目前最新的类似研究相比(如[113])在计算效率上有了大幅的提高。该算法同样适用于普通图像的匹配，与目前常见的基于FFT的快速匹配算法相比在效率和准确性上也都具有一定的优势。为了保证所提出的快速算法对参数估计的准确性，本文同时还提出了一种改进的相位相关算法，该算法克服了传统方法对低频信号匹配误差较大的缺陷，并且在实际应用中获得了较好的匹配效果。
　　 论文还对目前经典的图像匹配算法从基于图像全局灰度值的和基于图像局部特征的角度进行了系统的总结，分析了各种算法所具有的优势和局限性，并介绍了目前应用最为广泛的基于图像特征点的SIFT(Scale Invariant FeatureTransfrom)算法，以及一种基于图像全局灰度值一阶矩的快速匹配方法。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

第一章绪论

1.1图像匹配算法的研究背景

1.2图像匹配问题概述

1.3图像间映射模型的假设

1.4图像匹配算法概述

1.4.1基于图像全局灰度值的匹配算法

1.4.2基于图像局部特征的匹配算法

1.5论文主要贡献

1.6论文章节安排

第二章基于局部特征点匹配的SIFT算法

2.1算法概述

2.2图像的尺度空间

2.3尺度空间中极值点的选取

2.4消除SIFT算法在边界上的响应

2.5特征描述符的建立

2.6对应特征点的匹配

2.7数值结果

2.8 小结

第三章 基于图像全局灰度值一阶矩的快速匹配算法

3.1矩的概念

3.1.1 矩的定义

3.1.2矩的物理意义

3.2算法的理论推导

3.2.1基于一阶矩变换的方程组构造

3.2.2参数求解算法

3.3数值实验

3.4算法性能分析

3.5小结

第四章投影变换的数学模型与实现算法

4.1投影变换的研究背景

4.2投影变换的数学模型

4.2.1RT变换(Radon Transform)

4.2.2 DBT变换(Divergent Beam Transfrom)

4.2.3 HT变换(Hough Transform)

4.3投影变换之间的联系

4.3.1 DBT变换与RT变换之间的联系

4.3.2 HT变换与RT变换之间的联系

4.4 RT变换的性质

4.5图像RT变换的数值算法

4.5.1 离散斜率的RT变换数值算法

4.5.2 Matlab中所使用的RT变换数值算法

4.5.3像素截距RT变换数值算法

4.6 小结

附图

第五章基于投影变换快速图像匹配算法

5.1研究现状

5.2典型算法研究

5.2.1 对尺度和平移参数的估计

5.2.2确定旋转参数θ的迭代算法

5.3基于投影的快速图像匹配算法

5.3.1算法在Radon域的匹配流程

5.3.2在Radon域对尺度因子的估计

5.3.3在Radon域中对于平移量和旋转角度的估计

5.4一种改进的相位相关方法

5.5算法的数值实现

5.6数值结果

5.7小结

第六章总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

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简历

致谢