[发明专利]一种基于改进光流场模型的图像配准方法

说明书

本发明公开了一种基于改进光流场模型的图像配准方法，所述方法包括以下步骤：构建由数据项、各向异性正则项、非局部平滑项构成的光流场模型的能量函数；通过最小化能量函数求解位移场，对金字塔的每一层图像求位移场，且每一层的位移场作为下一层的初始位移场，直到获得最终的位移场；根据获得的最终位移场，对待配准图像进行变化插值，获得最终的配准图像，实现配准。本发明针对传统光流模型造成的过平滑，细节丢失，精度不足等问题对光流模型进行了改进，以提高非刚性图像配准的精度与鲁棒性。

技术领域

本发明涉及计算机视觉领域，尤其涉及一种基于改进光流场模型的图像配准方法。

背景技术

图像配准是图像处理领域一个基本又重要的研究课题。图像配准是将不同时间，不同传感器或者不同条件下获取的两幅或多福图像进行匹配，寻找图像间关于空间和灰度的映射关系。图像配准技术是计算机视觉的一项基础任务和技术难点，其应用领域包括：医学图形处理、遥感图像处理、图像融合、图像搜索、机器视觉、目标识别、环境监测、图像拼接、安全监控、以及地理信息系统等。

配准的种类主要包括刚性配准与非刚性配准，其中基于刚性配准的方法现阶段相对已经比较成熟，但许多情况下不能以刚性假定为前提进行相关图像处理，由于其中许多的形变的性质是非刚性、非线性的，为了处理这些广泛存在的情况，需要使用非刚性的配准方法，非刚性配准问题一直是当今图像领域一个研究热点和难点。

基于光流场模型的方法是实现非刚性图像配准的一种典型方法。光流场指的是图像灰度模式的表观运动，它包含了各像素的瞬时运动信息。Horn和Schunck最早提出光流约束方程，给出了光流的基本计算方法。通过求解变分能量函数，能够获得前后两帧图像的运动位移场。Thirion等人将光流方法引入到图像配准中，利用光流计算求得的位移场对待配准图像进行变换，实现配准。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提出了一种基于改进光流场模型的图像配准方法，针对传统光流模型造成的过平滑，细节丢失，精度不足等问题对光流模型进行了改进，以提高非刚性图像配准的精度与鲁棒性，本发明的目的可通过以下技术方案实现：

一种基于改进光流场模型的图像配准方法，所述方法包括以下步骤：

构建由数据项、各向异性正则项、非局部平滑项构成的光流场模型的能量函数；

通过最小化能量函数求解位移场，对金字塔的每一层图像求位移场，且每一层的位移场作为下一层的初始位移场，直到获得最终的位移场；

根据获得的最终位移场，对待配准图像进行变化插值，获得最终的配准图像，实现配准。

其中，所述各向异性正则项具体为：

式中，α_g代表全局平滑因子，α_l代表局部平滑因子；是关于图像梯度的单调递减函数；β，k为正常数，可用于控制光流的扩散速率，分别为u,v的梯度。进一步地，所述非局部平滑项具体为：

式中，N∈Ω代表邻域空间，与是像素点(i,j)处的位移场，与是像素点(i,j)邻域的位移场。

其中，所述w_i,j,i',j'为权函数：

式中：I(X_i,j)与I(X_i',j')分别为(i,j)与(i',j')处像素点的灰度向量，W(X_i,j)与W(X_i',j')分别为(i,j)与(i',j')处像素点的位移场向量，i′与j′分别为(i,j)处像素点的邻域像素点的横坐标与纵坐标，∝表示成正比。