基于轴向插值的配准描述子方向计算方法技术

基于轴向插值的配准描述子方向计算方法，涉及图像数据处理领域，解决采用现有方法处理图像时存在对图像的光照和视角变化处理效果差以及对图像的旋转度计算精度低等问题，本发明专利技术提出一种能快速、对各旋转方向响应一致的描述子方向矢量的方法，在传感器获得图像后，实时对图像进行配准，为后续图像处理算法提供配准后的图像数据。采用图像亮度质心不变矩的方向矢量计算方法，该方法的对全方位旋转角度的计算精度更均衡，且精度与SURF方法略有提升，计算速度是SURF方向矢量的四倍以上。采用的系数矩阵的计算方式，配准时只需完成系数矩阵与图像的乘法，且易于并行处理。这种方式在具有浮点型计算精度的同时，极大地优化计算速度。

【技术实现步骤摘要】
一种用于确定基于轴向插值的配准描述子方向的方法
本专利技术涉及图像数据处理领域，具体涉及矩不变量计算，用于图像配准和图像融合技术。
技术介绍
图像配准技术是图像拼接，图像融合，目标识别，3D重建、图像恢复、相机定位、计算机视觉等众多图像处理技术的技术基础和关键环节，主要可以分为基于灰度的方法和基于特征的方法两大类。后者由于提取特征后仅对特征进行计算，相对前者其计算量较少，对噪声、光照、视角和尺度变化不敏感，算法效率及配准精度高，具有很好的鲁棒性，因而成为当前图像配准领域的主要研究方向。早期基于特征的算法包括Morvec、Harris等方法。2006年5月,Bay等人[1]提出了著名的SURF(speededuprobustfeatures)算法,它的综合匹配效果与SIFT算法相当，并且大幅度提高了配准速度。SURF算法的计算速度可以比SIFT快3倍,它可以对图像的旋转、尺度伸缩、光照、视角等变化保持不变性,但是在处理图像光照和视角变化时不如SIFT算法。本文中设计了基于图像亮度质心不变矩的方向矢量计算方法，该方法的对旋转的计算精度更高，计算速度是SURF方向矢量的4倍以上。
技术实现思路
本专利技术为解决采用现有方法处理图像时存在对图像的光照和视角变化处理效果差以及对图像的旋转度计算精度低等问题，提供一种用于确定基于轴向插值的配准描述子方向的方法。步骤一、选择半径为r的圆形图像区域，所述圆形图像区域的圆心作为特征点中心O，所述特征点中心O坐标为(x0，y0)，将所述半径为r的圆周从0°开始每间隔π/4分为一段圆弧，则圆弧所对应X轴的长度为cx，对应Y轴的长度为cy，cx>cy的区间称为X轴插值区间；cx<cy的区间称为Y轴插值区间，在X轴插值区间内，采用X轴方向插值计算,在Y轴插值区间，采用Y轴方向插值计算，获得圆周上的全部插值点；步骤二、计算圆周上相邻插值点的插值系数，在X轴插值区间内，插值点I(xi,yi)由两个相邻点和插值而成，和分别为所述相邻点和对应I(xi,yi)的插值系数；在Y轴插值区间内，I(xi,yi)由相邻点和插值而成，和分别为这两个相邻点对应I(xi,yi)的插值系数；步骤三、将步骤二中获得的相邻插值点的插值系数叠加到相邻点上进行计算，对所述半径为r的圆形图像区域的系数矩阵设定为边长是2*r+1的正方形数组，该矩阵与以特征点为中心的正方形区域中的像素一一对应，首先，将系数矩阵中的所有元素置为0；然后对于圆形图像区域内的像素点对应的系数置为1；最后将步骤二得到的所有插值点所对应轴向相邻点的插值系数加到系数矩阵的对应像素点位置上，获得图像的插值系数矩阵；步骤四、定义图像矩公式为kxy为(x，y)点最终的插值系数，I(x,y)为(x，y)点的亮度，p，q分别x，y轴对应的阶数，当p＝1，q＝0时，当p＝0，q＝1时，当p＝0，q＝0时，则其亮度质心为：从特征点中心O到亮度质心C建立代表图像方向的向量则向量表示该特征点的方向，采用该向量与X轴的夹角的正切表示：最终获得描述子方向。本专利技术的有益效果：一、本专利技术给出了一种基于亮度质心不变矩的方向矢量计算方法，其计算速度是SURF算法的4倍，而且计算精度也可以达到甚至超过SURF算法，效果如图2所示。二、本专利技术采用的系数矩阵的计算方式，为进一步优化亮度质心不变矩方法提供了思路，即可以将亮度质心计算和图像插值等计算都优化成系数矩阵的形式在配准前计算，配准时只需完成系数矩阵与图像的乘法，且易于并行处理。这种方式在具有浮点型计算精度的同时，极大地优化计算速度。附图说明图1为本专利技术所述的一种用于确定基于轴向插值的配准描述子方向的方法的配准硬件结构图；图2为本专利技术所述的一种用于确定基于轴向插值的配准描述子方向的方法中半径为9的轴向插值法示意图；图3为采用本专利技术所述的一种用于确定基于轴向插值的配准描述子方向的方法的配准实验效果图。具体实施方式具体实施方式一、结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式中提出一种能快速、高精度计算描述子方向矢量的方法，在传感器获得图像后，实时对图像进行配准，为后续图像处理算法提供配准后的图像数据。一种用于确定基于轴向插值的配准描述子方向的方法，该方法由以下步骤实现：步骤一、特征点方向的计算通常采用以特征点为中心，r为半径的圆形图像片区域，r可根据实际需要选取，本方法将每个像素看作一个无大小的点。设图像片中心像素(即特征点)坐标为O(x0，y0)，则将半径为r的整个圆周从0°开始每间隔π/4分为一段圆弧，则圆弧所对应X轴的长度为cx，对应Y轴的长度为cy，则在(π/4,π/2)、(π/2,3π/4)、(5π/4,3π/2)和(3π/2,7π/4)区间内cx>cy,上述区间称为X轴插值区间；在(0,π/4)、(3π/4,π)、(π,5π/4)和(7π/4,2π)区间内cx<cy,上述区间称为Y轴插值区间。在X轴插值区间内，采用X轴方向插值计算,先用公式(1)求出所有插值点横坐标，再用公式(2)求得相应点的纵坐标；同理，在Y轴插值区间，采用Y轴方向插值计算，先用公式(3)求出所有插值点纵坐标，再用公式(4)求得相应点的横坐标.按照这种方式得到圆周上的全部插值点。xi＝k±x0，表示向下取整。(1)yi＝k±y0，表示向下取整。(3)步骤二、计算圆周上相邻插值点的插值系数，在X轴插值区间内，插值点I(xi,yi)由两个相邻点和插值而成，和分别为所述相邻点和对应I(xi,yi)的插值系数；在Y轴插值区间内，I(xi,yi)由相邻点和插值而成，和分别为这两个相邻点对应I(xi,yi)的插值系数；所述在X轴插值区间所对应圆周上点的亮度，采用公式(5)计算，在Y轴插值区间所对应圆周上点的亮度，采用公式(6)计算，即I(xi,yi)由两个相邻点和插值而成，和分别为这两个相邻点对应I(xi,yi)的插值系数。步骤三、本方法设计预先计算系数矩阵的方式加速插值过程，即并不实际计算插值点的亮度，而是将其相邻点的插值系数叠加到相邻点上进行计算，这样就避免了插值操作。系数矩阵的计算方法如下：对半径为r的图像片，其系数矩阵为边长是2*r+1的正方形数组，该矩阵与以特征点为中心的正方形区域中的像素一一对应。首先，将系数矩阵中的所有元素置为0，然后对于圆域内的像素点(即满足((x,y)|(x-x0)2+(y-y0)2≤r2且x,y∈R)的所有点)对应的系数置为1。最后将步骤二得到的所有插值点所对应轴向相邻点的插值系数加到系数矩阵的对应像素点位置上，即得到该图像片的插值系数矩阵。定义图像矩公式为kxy为(x，y)点最终的插值系数，I(x,y)为(x，y)点的亮度，p，q分别x，y轴对应的阶数，p+q表示图像矩的阶数。当p＝1，q＝0时，当p＝0，q＝1时，当p＝0，q＝0时，则其亮度质心为：从特征点中心O到亮度质心C建立一个代表图像片方向的向量则向量可以表示该特征点的方向，可采用该向量与X轴的夹角的正切来表示：其中kxyy，kxyx项均可在配准前计算完成。本实施方式中所述的方法是基于特征的图像配准方法的一部分，基于特征的图像配准方法主要包括多尺度图像的构建、特征点的选择、特征点方向的计算和描述子的生成。本方法主要是基于特征点方向的计算阶段。一本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于轴向插值的配准描述子方向计算方法，其特征是，该方法由以下步骤实现：步骤一、选择半径为r的圆形图像区域，所述圆形图像区域的圆心作为特征点的中心，所述特征点中心坐标为O(x0，y0)，将所述半径为r的圆周从0°开始每间隔π/4分为一段圆弧，则圆弧所对应X轴的长度为cx，对应Y轴的长度为cy，cx>cy,上述区间称为X轴插值区间；cx<cy,上述区间称为Y轴插值区间，在X轴插值区间内，采用X轴方向插值计算,在Y轴插值区间，采用Y轴方向插值计算，获得圆周上的全部插值点；步骤二、计算圆周上相邻插值点的插值系数，在X轴插值区间内，插值点I(xi,yi)由两个相邻点和插值而成，和分别为所述相邻点和对应的插值系数；在Y轴插值区间内，I(xi,yi)由相邻点和插值而成，和分别为这两个相邻点对应I(xi,yi)的插值系数；步骤三、将步骤二中获得的相邻插值点的插值系数叠加到相邻点上进行计算，对所述半径为r的圆形图像区域的系数矩阵设定为边长是2*r+1的正方形数组，该矩阵与以特征点为中心的正方形区域中的像素一一对应，首先，将系数矩阵中的所有元素置为0；然后对于圆形图像区域内的像素点对应的系数置为1；最后将步骤二得到的所有插值点所对应轴向相邻点的插值系数加到系数矩阵的对应像素点位置上，获得图像的插值系数矩阵；步骤四、定义图像矩公式为kxy为(x，y)点最终的插值系数，I(x,y)为(x，y)点的亮度，p，q分别x，y轴对应的阶数，当p＝1，q＝0时，m10=Σx,ykxyxI(x,y),]]>当p＝0，q＝1时，m01=Σx,ykxyyI(x,y),]]>当p＝0，q＝0时，则其亮度质心为：从特征点O到亮度质心C建立代表图像方向的向量则向量表示该特征点的方向，采用该向量与X轴的夹角的正切表示：最终获得描述子方向。...

【技术特征摘要】
1.一种用于确定基于轴向插值的配准描述子方向的方法，其特征是，该方法由以下步骤实现：步骤一、选择半径为r的圆形图像区域，所述圆形图像区域的圆心作为特征点中心O，所述特征点中心O的坐标为(x0，y0)，将所述半径为r的圆周从0°开始每间隔π/4分为一段圆弧，则圆弧所对应X轴的长度为cx，对应Y轴的长度为cy，cx>cy的区间称为X轴插值区间；cx<cy的区间称为Y轴插值区间，在X轴插值区间内，采用X轴方向插值计算,在Y轴插值区间，采用Y轴方向插值计算，获得圆周上的全部插值点；步骤二、计算圆周上相邻插值点的插值系数，在X轴插值区间内，插值点I(xi,yi)由两个相邻点和插值而成，和分别为所述相邻点和对应I(xi,yi)的插值系数；在Y轴插值区间内，I(xi,yi)由相邻点和插值而成，和分别为这两个相邻点对应I(xi,yi)的插值系数；步骤三、将步骤二中获得的相邻插值点的插值系数叠加到相邻点上进行计算，对所述半径为r的圆形图像区域的系数矩阵设定为边长是2*r+1的正方形数组，该矩阵与以特征点为中心的正方形区域中的像素一一对应，首先，将系数矩阵中的所有元素置为0；然后对于圆形图像区域内的像素点对应的系数置为1；最后将步...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴伟平，闫得杰，王栋，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22