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图像配准与拼接方法研究

作　者: 毛晓冬
导　师: 梁继民
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 电路与系统
关键词: 图像拼接图像配准特征检测特征匹配再投影流形
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 924次
引　用: 9次
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内容摘要

随着数字成像技术的迅速发展,数字成像设备(数码相机、数码摄像机等)得到了越来越广泛的应用。然而,在一些特殊环境下,由于设备本身的限制使得数字图像和视频的视场宽度不能满足应用要求。本文研究了利用图像拼接技术突破成像设备本身的物理限制,得到大视场的数字全景图像的理论和方法。图像拼接过程包括图像获取、图像配准、图像再投影、平滑处理等几个基本步骤,其中图像配准是整个图像拼接的基础。本文研究了图像的几何学配准和光度学配准方法的基本原理,对基于变换优化方法和基于傅立叶变换的相位相关方法的图像配准进行了深入的分析。提出了一种多尺度多模型自动图像配准算法,该算法首先对原始图像进行梯度塔形分解,并对梯度图像进行自适应阈值分割,然后将同一分解层中不同梯度方向的分割图像进行融合,确定出各分解层的特征点,特征点的数量根据梯度分布的方差按比例选择,以减少计算量。图像配准使用二维平移、刚体以及仿射变换作为图像间的变换模型,从最低分辨率层开始,每层的配准结果作为下一层配准的初始值,并且在不同层使用不同的参数数量。在原始图像层,使用Levenberg-Marquardt优化算法以及双线性插值进行基于像素灰度值的配准,以得到精确的配准参数。实验结果表明,本文提出的算法快速准确,而且无需任何人工干预。图像再投影模型能够以不同形式对全景图像进行表达,本文对四种再投影模型:平面流形、柱面流型、球面流形,和一种自适应流形进行了研究,重点研究了自适应投影流形算法原理,并且实现了基于该模型的图像拼接软件。一个良好的平滑函数能够消除拼接图像中明显的缝隙。本文对几种常用的平滑函数进行对比研究,根据比较选取最近图像中心函数作为平滑函数,取得了满意的图像拼接效果。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章绪论  7-17
  1.1 引言  7-9
  1.2 图像拼接技术的发展  9-14
    1.2.1 图像配准技术的发展  11-14
    1.2.2 图像再投影技术的发展  14
    1.2.3 图像融合技术的发展  14
  1.3 本文的主要工作  14-15
  1.4 本文的组织结构  15-17
第二章成像几何原理  17-25
  2.1 射影几何学基础  17-18
  2.2 理想单透视相机  18-21
  2.3 理想单摄像机的标定  21-25
第三章图像配准  25-47
  3.1 图像的几何学配准  25-43
    3.1.1 平面对应变换的定义  26
    3.1.2 平面对应的常见模型  26-29
      3.1.2.1 仿射变换  28
      3.1.2.2 投影变换  28-29
    3.1.3 变换优化图像配准方法  29-32
      3.1.3.1 变换优化法算法实现步骤  29-31
      3.1.3.2 实验结果  31-32
      3.1.3.3 算法分析  32
    3.1.4 相位相关的图像配准方法  32-35
      3.1.4.1 相位相关算法步骤  33-34
      3.1.4.2 实验结果  34-35
      3.1.4.3 算法分析  35
    3.1.5 多尺度多模型自动图像配准算法  35-43
      3.1.5.1 图像的梯度塔形分解  36-37
      3.1.5.2 基于特征的配准算法  37-40
      3.1.5.3 图像优化配准算法  40-41
      3.1.5.4 实验结果  41-43
      3.1.5.5 结论  43
  3.2 图像的光度学配准  43-45
    3.2.1 光度差异的来源  43-44
    3.2.2 光度测定模型  44
    3.2.3 光度测定参数估计  44
    3.2.4 光度模型的简化  44-45
  3.3 小结  45-47
第四章图像再投影流形  47-59
  4.1 平面流形  47-49
  4.2 圆柱流形  49-51
  4.3 球面流形  51-52
  4.4 自适应流形  52-59
第五章总结与展望  59-61
致谢  61-63
参考文献  63-69
作者在读期间的研究成果  69

图像配准与拼接方法研究

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