專利名稱：基于模態(tài)轉(zhuǎn)換的微分同胚demons圖像配準(zhǔn)方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像處理領(lǐng)域，特別是涉及一種基于模態(tài)轉(zhuǎn)換的微分同胚demons圖像配準(zhǔn)方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
圖像配準(zhǔn)就是將不同時間、不同傳感器(成像設(shè)備)或不同條件下(天候、照度、攝像位置和角度等)獲取的兩幅或多幅圖像進(jìn)行匹配、疊加的過程，它已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于遙感數(shù)據(jù)分析、計算機(jī)視覺、圖像處理等領(lǐng)域。簡單的說，圖像配準(zhǔn)就是對能使兩幅圖像相似度最大化的空間變換或映射的尋優(yōu)過程。圖像配準(zhǔn)可以分為單模態(tài)配準(zhǔn)和多模態(tài)配準(zhǔn)兩大類，單模態(tài)配準(zhǔn)的圖像來自同一成像設(shè)備，而多模態(tài)配準(zhǔn)中的圖像來自不同的成像設(shè)備，多模態(tài)配準(zhǔn)需要把來自不同成像設(shè)備的信息結(jié)合到一起。demons算法的圖像配準(zhǔn)是一種光流驅(qū)動的配準(zhǔn)算法，根據(jù)灰度信息驅(qū)動像素點移動。在該算法中，把參考圖像和移動圖像的像素點灰度差值及參考圖像像素點梯度值作為驅(qū)動力，在處理小形變的單模態(tài)圖像配準(zhǔn)方面有優(yōu)勢，但是不適合大形變圖像配準(zhǔn)及多模態(tài)圖像配準(zhǔn)，只適合小形變圖像配準(zhǔn)。在進(jìn)行大形變圖像配準(zhǔn)時，demons算法會引起局部形變，從而破壞了圖像的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)?，F(xiàn)已有許多基于demons算法的圖像配準(zhǔn)的改進(jìn)算法。微分同胚demons算法可以保持圖像的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在配準(zhǔn)前后不發(fā)生改變，繼承了demons算法的圖像配準(zhǔn)在小形變的單模態(tài)圖像配準(zhǔn)方面的優(yōu)勢，而且在處理大形變圖像配準(zhǔn)方面表現(xiàn)也好，但是不能處理多模態(tài)圖像配準(zhǔn)。模態(tài)轉(zhuǎn)換的demons圖像配準(zhǔn)一般采用互信息法，可以處理多模態(tài)圖像配準(zhǔn)，但是只能處理小形變的圖像配準(zhǔn)，不適合處理大形變圖像配準(zhǔn)，當(dāng)圖像有大角度旋轉(zhuǎn)或大尺度縮放時，要么無效，要么費時。

發(fā)明內(nèi)容
基于此，有必要針對現(xiàn)有圖像配準(zhǔn)方法功能單一，處理能力不足的問題，提供一種既適用于單模態(tài)、多模態(tài)圖像配準(zhǔn)又能處理大小形變圖像配準(zhǔn)的基于模態(tài)轉(zhuǎn)換的微分同胚demons圖像配準(zhǔn)方法。一種基于模態(tài)轉(zhuǎn)換的微分同胚demons圖像配準(zhǔn)方法，包括以下步驟:對參考圖像和浮動圖像進(jìn)行仿射變換，產(chǎn)生初始空間變換；對仿射變換后的參考圖像和仿射變換后的浮動圖像進(jìn)行模態(tài)轉(zhuǎn)換；讀取模態(tài)轉(zhuǎn)換后的參考圖像和模態(tài)轉(zhuǎn)換后的浮動圖像中像素灰度值數(shù)據(jù)，獲得形變向量，通過形變向量得到空間變換，并將所述初始空間變換更新為所述空間變換；判斷所述初始空間變換的更新次數(shù)是否達(dá)到第一預(yù)設(shè)次數(shù)，若否，則返回所述讀取模態(tài)轉(zhuǎn)換后的參考圖像和模態(tài)轉(zhuǎn)換后的浮動圖像中像素灰度值數(shù)據(jù)，獲得形變向量，通過形變向量得到空間變換， 并將所述初始空間變換更新為所述空間變換的步驟；
若是，則判斷模態(tài)轉(zhuǎn)換的次數(shù)是否達(dá)到第二預(yù)設(shè)次數(shù)；若否，則返回所述對仿射變換后的參考圖像和仿射變換后的浮動圖像進(jìn)行模態(tài)轉(zhuǎn)換的步驟；若是，則輸出所述初始空間變換，將所述初始空間變換用于所述浮動圖像的變換。在其中一個實施例中，所述對仿射變換后的參考圖像和仿射變換后的浮動圖像進(jìn)行模態(tài)轉(zhuǎn)換的步驟具體包括:逐一分別讀取仿射變換后的參考圖像的像素點和仿射變換后的浮動圖像的像素
占.
找取讀取的仿射變換后的參考圖像的像素點和仿射變換后的浮動圖像的像素點灰度值聯(lián)合直方圖中出現(xiàn)次數(shù)最多的仿射變換后的浮動圖像的像素點以及讀取的仿射變換后的浮動圖像的像素點和仿射變換后的參考圖像的像素點灰度值聯(lián)合直方圖中出現(xiàn)次數(shù)最多的仿射變換后的參考圖像的像素點；將找取的仿射變換后的浮動圖像的像素點灰度值和找取的仿射變換后的參考圖像像素點灰度值分別賦值于模態(tài)轉(zhuǎn)換后的參考圖像和模態(tài)轉(zhuǎn)換后的浮動圖像。在其中一個實施例中，所述讀取模態(tài)轉(zhuǎn)換后的參考圖像和模態(tài)轉(zhuǎn)換后的浮動圖像中像素灰度值數(shù)據(jù)，獲得形變向量，通過形變向量得到空間變換，并將所述初始空間變換更新為所述空間變換的步驟具體包括:讀取模態(tài)轉(zhuǎn)換后的參考圖像和模態(tài)轉(zhuǎn)換后的浮動圖像中像素灰度值數(shù)據(jù)，計算形變向量值，具體為:利用微分同胚demons法得到目標(biāo)函數(shù)，
權(quán)利要求
1.一種基于模態(tài)轉(zhuǎn)換的微分同胚demons圖像配準(zhǔn)方法，其特征在于，包括以下步驟: 對參考圖像和浮動圖像進(jìn)行仿射變換，產(chǎn)生初始空間變換； 對仿射變換后的參考圖像和仿射變換后的浮動圖像進(jìn)行模態(tài)轉(zhuǎn)換； 讀取模態(tài)轉(zhuǎn)換后的參考圖像和模態(tài)轉(zhuǎn)換后的浮動圖像中像素灰度值數(shù)據(jù)，獲得形變向量，通過形變向量得到空間變換，并將所述初始空間變換更新為所述空間變換； 判斷所述初始空間變換的更新次數(shù)是否達(dá)到第一預(yù)設(shè)次數(shù)，若否，則返回所述讀取模態(tài)轉(zhuǎn)換后的參考圖像和模態(tài)轉(zhuǎn)換后的浮動圖像中像素灰度值數(shù)據(jù)，獲得形變向量，通過形變向量得到空間變換，并將所述初始空間變換更新為所述空間變換的步驟； 若是，則判斷模態(tài)轉(zhuǎn)換的次數(shù) 是否達(dá)到第二預(yù)設(shè)次數(shù)；若否，則返回所述對仿射變換后的參考圖像和仿射變換后的浮動圖像進(jìn)行模態(tài)轉(zhuǎn)換的步驟； 若是，則輸出所述初始空間變換，將所述初始空間變換用于所述浮動圖像的變換。
2.如權(quán)利要求1所述的基于模態(tài)轉(zhuǎn)換的微分同胚demons圖像配準(zhǔn)方法，其特征在于，所述對仿射變換后的參考圖像和仿射變換后的浮動圖像進(jìn)行模態(tài)轉(zhuǎn)換的步驟具體包括:逐一分別讀取仿射變換后的參考圖像的像素點和仿射變換后的浮動圖像的像素點；找取讀取的仿射變換后的參考圖像的像素點和仿射變換后的浮動圖像的像素點灰度值聯(lián)合直方圖中出現(xiàn)次數(shù)最多的仿射變換后的浮動圖像的像素點以及讀取的仿射變換后的浮動圖像的像素點和仿射變換后的參考圖像的像素點灰度值聯(lián)合直方圖中出現(xiàn)次數(shù)最多的仿射變換后的參考圖像的像素點； 將找取的仿射變換后的浮動圖像的像素點灰度值和找取的仿射變換后的參考圖像像素點灰度值分別賦值于模態(tài)轉(zhuǎn)換后的參考圖像和模態(tài)轉(zhuǎn)換后的浮動圖像。
3.如權(quán)利要求1所述的基于模態(tài)轉(zhuǎn)換的微分同胚demons圖像配準(zhǔn)方法，其特征在于，所述讀取模態(tài)轉(zhuǎn)換后的參考圖像和模態(tài)轉(zhuǎn)換后的浮動圖像中像素灰度值數(shù)據(jù)，獲得形變向量，通過形變向量得到空間變換，并將所述初始空間變換更新為所述空間變換的步驟具體包括: 讀取模態(tài)轉(zhuǎn)換后的參考圖像和模態(tài)轉(zhuǎn)換后的浮動圖像中像素灰度值數(shù)據(jù)，計算形變向量值，具體為: 利用微分同胚demons法得到目標(biāo)函數(shù)，
4.如權(quán)利要求1-3任一項所述的基于模態(tài)轉(zhuǎn)換的微分同胚demons圖像配準(zhǔn)方法,其特征在于，在所述對參考圖像和浮動圖像進(jìn)行仿射變換，產(chǎn)生初始空間變換的步驟和所述對仿射變換后的參考圖像和仿射變換后的浮動圖像進(jìn)行模態(tài)轉(zhuǎn)換的步驟之間還包括以下步驟: 根據(jù)分辨率將仿射變換后的參考圖像和仿射變換后的浮動圖像分為至少一層級； 在所述層級中逐一的選定一層級； 在所述判斷模態(tài)轉(zhuǎn)換的次數(shù)是否達(dá)到第二預(yù)設(shè)次數(shù)的步驟和所述輸出所述初始空間變換，將所述初始 空間變換用于所述浮動圖像的變換的步驟之間還包括以下步驟: 判斷所述層級圖像配準(zhǔn)的完成次數(shù)是否達(dá)到總層級數(shù)，若否，返回所述在所述層級中逐一的選定一層級的步驟。
5.如權(quán)利要求4所述的基于模態(tài)轉(zhuǎn)換的微分同胚demons圖像配準(zhǔn)方法，其特征在于，所述在所述層級中逐一的選定一層級的方法為根據(jù)分辨率由低至高選取層級。
6.一種基于模態(tài)轉(zhuǎn)換的微分同胚demons圖像配準(zhǔn)系統(tǒng),其特征在于,包括: 仿射變換模塊，用于對參考圖像和浮動圖像進(jìn)行仿射變換，產(chǎn)生初始空間變換； 模態(tài)轉(zhuǎn)換模塊，用于對仿射變換后的參考圖像和仿射變換后的浮動圖像進(jìn)行模態(tài)轉(zhuǎn)換； 空間變換獲取模塊，用于讀取模態(tài)轉(zhuǎn)換后的參考圖像和模態(tài)轉(zhuǎn)換后的浮動圖像中像素灰度值數(shù)據(jù)，獲得形變向量，通過形變向量得到空間變換，并將所述初始空間變換更新為所述空間變換； 空間變換判斷模塊，用于判斷所述初始空間變換的更新次數(shù)是否達(dá)到第一預(yù)設(shè)次數(shù)；模態(tài)轉(zhuǎn)換判斷模塊，用于在所述空間變換判斷模塊判斷所述初始空間變換的更新次數(shù)達(dá)到第一預(yù)設(shè)次數(shù)時，判斷模態(tài)轉(zhuǎn)換的次數(shù)是否達(dá)到第二預(yù)設(shè)次數(shù)； 輸出模塊，用于在所述模態(tài)轉(zhuǎn)換判斷模塊判斷模態(tài)轉(zhuǎn)換的次數(shù)達(dá)到第二預(yù)設(shè)次數(shù)時，輸出所述初始空間變換，將所述初始空間變換用于所述浮動圖像的變換。
7.如權(quán)利要求6所述的基于模態(tài)轉(zhuǎn)換的微分同胚demons圖像配準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，所述模態(tài)轉(zhuǎn)換模塊包括: 像素點讀取模塊，用于逐一分別讀取仿射變換后的參考圖像的像素點和仿射變換后的浮動圖像的像素點； 像素點找取模塊，用于找取讀取的仿射變換后的參考圖像的像素點和仿射變換后的浮動圖像的像素點灰度值聯(lián)合直方圖中出現(xiàn)次數(shù)最多的仿射變換后的浮動圖像的像素點以及讀取的仿射變換后的浮動圖像的像素點和仿射變換后的參考圖像的像素點灰度值聯(lián)合直方圖中出現(xiàn)次數(shù)最多的仿射變換后的參考圖像的像素點； 像素點賦值模塊，用于將找取的仿射變換后的浮動圖像的像素點灰度值和找取的仿射變換后的參考圖像像素點灰度值分別賦值于模態(tài)轉(zhuǎn)換后的參考圖像和模態(tài)轉(zhuǎn)換后的浮動圖像。
8.如權(quán)利要求6所述的基于模態(tài)轉(zhuǎn)換的微分同胚demons圖像配準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，所述空間變換獲取模塊包括: 計算模塊，用于讀取模態(tài)轉(zhuǎn)換后的參考圖像和浮動圖像中像素灰度值數(shù)據(jù)，計算形變向量值，具體為: 利用微分同胚demons法得到目標(biāo)函數(shù)，
9.如權(quán)利要求6-8任一項所述的基于模態(tài)轉(zhuǎn)換的微分同胚demons圖像配準(zhǔn)系統(tǒng),其特征在于，所述基于模態(tài)轉(zhuǎn)換的微分同胚demons圖像配準(zhǔn)系統(tǒng)還包括: 仿射分級模塊，用于根據(jù)分辨率將仿射變換后的參考圖像和仿射變換后的浮動圖像分為至少一層級； 層級選定模塊，用于在所述層級中逐一的選定一層級； 層級配準(zhǔn)判斷模塊，用于在所述模態(tài)轉(zhuǎn)換判斷模塊判斷模態(tài)轉(zhuǎn)換的次數(shù)達(dá)到第二預(yù)設(shè)次數(shù)時，判斷所述層級圖像配準(zhǔn)的完成次數(shù)是否達(dá)到總層級數(shù)。
10.如權(quán)利要求9所述的基于模態(tài)轉(zhuǎn)換的微分同胚demons圖像配準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，所述層級選定模塊用于根據(jù)分辨率由低至高選取一層級。
全文摘要
一種基于模態(tài)轉(zhuǎn)換的微分同胚demons圖像配準(zhǔn)方法和系統(tǒng)，首先對參考圖像和浮動圖像進(jìn)行仿射變換，然后對其進(jìn)行模態(tài)轉(zhuǎn)換；讀取模態(tài)轉(zhuǎn)換后的圖像中像素灰度值數(shù)據(jù)，獲得形變向量，通過形變向量得到空間變換，并更新為所述空間變換；在更新次數(shù)達(dá)到第一預(yù)設(shè)次數(shù)后，模態(tài)轉(zhuǎn)換的次數(shù)達(dá)到第二預(yù)設(shè)次數(shù)時；將初始空間變換用于浮動圖像的變換。上述圖像配準(zhǔn)方法和系統(tǒng)，綜合了模態(tài)轉(zhuǎn)換demons算法和微分同胚demons算法兩種的圖像配準(zhǔn)方法在圖像配準(zhǔn)方面的優(yōu)勢。初始空間變換經(jīng)過了多次迭代，獲得相對較優(yōu)的初始空間變換，將其應(yīng)用于浮動圖像的變換，能較好的實現(xiàn)圖像配準(zhǔn)，不但適用于單模態(tài)、多模態(tài)圖像配準(zhǔn)，又能處理大小形變配準(zhǔn)。
文檔編號G06T7/00GK103236059SQ20131014849
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月25日
發(fā)明者謝小輝, 湯超, 杜如虛 申請人:深圳先進(jìn)技術(shù)研究院