[发明专利]快速一致性图像变换方法及变换系统

说明书

技术领域

本发明属于图像处理领域，主要涉及一种快速一致性图像变换方法及变换系统。

背景技术

图像配准是图像处理、图像分析、图像融合和图像识别与检测等技术的重要步骤，其已经被广泛运用于医学图像处理、计算机视觉、模式识别等领域。基于控制点对的图像配准方法是图像配准的研究内容，而一致性变换函数的求解是其重要研究内容。基于控制点对的一致性图像配准方法同时求解正反形变函数，保持正向形变函数与反向形变函数的一致性，可以同时得到更准确的正向形变函数及反向形变函数，具有重要的应用价值。其中，H.J.Johnson和G.E.Christensen于2002年提出了一种针对小形变的一致性变换求解方法，通过迭代求解一致性变换，使得正反变换具有最小的扭曲能量和一致性误差。假设正向形变为h，形变位移场为u(x)；反向变换为g，形变位移场为w(x)，则h(x)＝x+u(x)，g(x)＝x+w(x)。定义正向变换的反函数为h^-1，其位移场为反向变换的反函数为g^-1，其位移场为则

假设控制点对应关系(p_i,q_i)已知，其中p_i是第i个源控制点，q_i是第i个目标控制点，H.J.Johnson和G.E.Christensen给出的求解过程如下：

步骤1，r_i＝p_i，s_i＝q_i；u(x)＝0；w(x)＝0，设定优化步长α和β，最大控制点偏移误差ζ，迭代次数iter，最大迭代次数miter等；

步骤2，基于控制点的对应关系利用薄板样条插值方法求解正向形变函数f₁(x)，满足f₁(r_i)＝q_i；基于控制点的对应关系利用薄板样条插值方法求解反向形变函数f₂(x)，满足f₂(s_i)＝p_i；

步骤3，u(x)＝u(x)+α[f₁(x)-x]，w(x)＝w(x)+α[f₂(x)-x]；

步骤4，r_i＝p_i+u(r_i)，s_i＝q_i+w(s_i)，iter＝iter+1；

步骤5，求取正向形变的逆函数h^-1(x)，反向形变的逆函数g^-1(x)；

步骤6，更新正、反形变的位移场。u(x)＝u(x)-β[u(x)-g^-1(x)+x]，w(x)＝w(x)-β[w(x)-h^-1(x)+x]；

步骤7，检查是否满足终止准则，用avgerr_q→p表示控制点偏移误差，如果iter＞miter，或者avgerr_q→p＜ζ，或者avgerr_p→q＜ζ时，迭代结束；否则返回步骤2。

H.J.Johnson和G.E.Christensen提出的上述数值求解方法非常耗时，在每次迭代中，其步骤2中需要进行两次薄板样条插值运算，其时间复杂度为O(nN)(N为图像中所有像素点个数，n为控制点个数)；步骤3调整u(x)、w(x)的运算复杂度是O(N)；步骤5的求逆计算需要对每个像素点进行多次迭代，时间复杂度为O(NT)(T为求逆过程中的迭代次数)；步骤6对每个点进行一次误差计算，时间复杂度为O(N)。该算法迭代一共需要进行两次形变、四次调整(包括：两次调整正、反变换的位移场u(x)、w(x))、两次求逆、一次判定，每次迭代需要花费较长时间。而算法需要多次迭代才能收敛，其计算时间是非常惊人的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种快速一致性图像变换方法及变换系统，旨在解决现有的基于控制点对应关系的小形变一致性变换方法中耗时较长的问题。本发明是这样实现的：

一种快速一致性图像变换方法，包括如下步骤：

步骤A，设定一致性误差预设值及最大迭代次数，并根据源控制点与目标控制点的对应关系，构造从源控制点映射到目标控制点的正向变换函数和从目标控制点映射到源控制点的反向变换函数，然后执行步骤B；