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基于SURF的图像配准与拼接技术研究

作　者: 卜珂
导　师: 卢湖川
学　校: 大连理工大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 兴趣点 图像配准 图像拼接 SURF RANSAC 柱面全景图
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


图像配准作为图像处理领域的关键技术之一,是图像拼接、立体视觉、变化监测、多传感器图像融合等实用技术的基础。图像拼接技术是图像配准的一种重要应用形式,被广泛应用于虚拟现实、遥感图像处理、视频压缩和传输等领域。SURF算法作为一种新近出现的特征提取方法,在重复度、独特性、鲁棒性3个方面,均超越或接近以往提出的同类方法,并在计算效率上具有明显的优势。本文将SURF应用于图像配准:首先使用SURF算法检测并描述兴趣点;然后将Hessian矩阵迹的正负性与最近邻比次近邻的方法相结合匹配兴趣点,并用RANSAC算法剔除错误匹配;进而通过直接线性变换算法求取透视变换矩阵的最小二乘解;最后通过图像插值获得配准结果。在实现配准的基础上,又进一步研究了图像融合和柱面投影变换,最终用基于SURF的图像配准技术实现了柱面全景图像的拼接。本文的主要工作可概括为以下3个方面:(1)实现了基于SURF的图像配准方法,并分析了该方法在兴趣点检测与描述阶段的速度优势。比较了SURF-64和SURF-128的匹配速度。验证了Hessian矩阵迹的正负性对兴趣点匹配效率的改善。实现并比较了基于对极几何约束和基于单应矩阵约束的两种RANSAC算法,并分析了SURF-64对剔除误配的影响。(2)对基于SURF的图像配准方法的精度做了定量分析,并与同类方法做了比较。对不同视角、不同传感器、不同时相的遥感图像进行了配准实验,验证了该配准方法在遥感图像配准领域的实用价值。(3)实现并比较了线性渐变融合和多频段融合两种图像融合方法。将基于SURF的图像配准方法应用于图像拼接,并最终实现了柱面全景图的拼接。针对柱面全景图拼接的特点,运用了一种基于兴趣点匹配的图像排序处理技巧。在逐帧扩大式的拼接过程中,通过设定滑动窗口避免了对不断增大的参考图像进行重复检测。实验表明,将SURF算法应用于图像配准,可以在保证配准精度与适用性的前提下,显著提高计算效率。通过实现不同类型的遥感图像配准,证明了基于SURF的配准方法在该领域具有较高的实用价值。使用基于SURF的配准方法进行柱面全景图像的拼接,取得了良好效果,证明该配准方法在图像拼接领域具有较好应用前景。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-16
  1.1 图像配准与拼接技术概述  9-10
  1.2 基于兴趣点的配准与拼接基本步骤  10-11
  1.3 兴趣点检测、描述、匹配相关的研究现状  11-15
    1.3.1 兴趣点检测的研究现状  11-12
    1.3.2 兴趣点描述的研究现状  12-13
    1.3.3 SURF算法的优势  13-14
    1.3.4 兴趣点匹配的研究现状  14-15
  1.4 本文的章节安排  15-16
2 兴趣点的检测与描述  16-23
  2.1 兴趣点检测  16-19
    2.1.1 积分图像(Integral Image)  16
    2.1.2 近似的Hessian矩阵:H_(approx)  16-18
    2.1.3 尺度空间的表示  18-19
    2.1.4 兴趣点定位  19
  2.2 兴趣点的描述  19-21
    2.2.1 确定兴趣点的方向特征  19-20
    2.2.2 构建描述子向量  20-21
  2.3 SURF特征提取方法的实际效果展示  21-23
3 兴趣点匹配  23-35
  3.1 兴趣点匹配  23-27
    3.1.1 基于最近距离比次进距离的匹配方法  23-25
    3.1.2 利用Hessian矩阵迹的正负性加速匹配  25-27
  3.2 RANSAC算法剔除误配点对  27-35
    3.2.1 RANSAC算法基本原理  27-28
    3.2.2 对极几何与基本矩阵  28-30
    3.2.3 对极几何约束的RANSAC算法  30-31
    3.2.4 剔除误配点对的效果展示  31-33
    3.2.5 SURF-128与SURF-64的匹配效率比较  33-35
4 变换模型估计与配准结果  35-49
  4.1 几何变换模型的估计  35-37
  4.2 坐标映射与图像插值  37-39
  4.3 配准结果与精度评价  39-44
  4.4 对遥感图像的配准效果展示  44-49
    4.4.1 对彩色遥感图像的配准  44
    4.4.2 对不同传感器的遥感图像配准  44-46
    4.4.3 对不同时相的遥感图像配准  46-47
    4.4.4 对不同视角的遥感图像配准  47-49
5 图像拼接技术研究与柱面全景图的实现  49-61
  5.1 图像融合  49-53
    5.1.1 线性渐变融合方法  50-51
    5.1.2 多频段融合算法(Multi-band blending)  51-53
  5.2 柱面全景图的实现  53-61
    5.2.1 柱面投影变换  54-56
    5.2.2 图像排序  56-58
    5.2.3 逐帧扩大式的柱面全景图拼接  58-61
结论  61-62
参考文献  62-66
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  66-67
致谢  67-68

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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