[发明专利]一种基于控制点无偏变换的图像配准方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，尤其涉及一种基于控制点无偏变换的图像配准方法及系统。

背景技术

图像配准的目的是寻找两幅图像之间的变换，使得图像中相应目标的位置对准。基于标志点对应关系的配准方法是图像弹性配准中一类重要的方法，但由于其变换函数采用参数模型，不能保证是可逆的，因此不适用于大形变配准问题。

为了使基于标志点对应关系的配准方法中的变换函数是可逆的，常用的方法是构造目标函数，通过对变换函数增加约束条件，可以得到可逆的变换函数。常用的方法如对B样条构造的变换函数系数进行约束，以确保变换函数可逆。如果变换函数的Jacobian行列式值恒为正，则变换函数可以保证是可逆的。这些方法构造的变换函数仅仅是可逆的，不能保证是无偏的。如果正向和反向变换函数的Jacobian值在1附近对称分布，则称为无偏变换。无偏变换对于图像配准非常重要，它意味着无论图像A向图像B配准，或是图像B向图像A配准都可以使同一目标得到配准。目前关于无偏变换的研究比较少，Gholipour定义的对称代价函数，使源图像和目标图像互换后的变换函数互逆，但该方法采用FFD形变模型，计算量较大。Johnson构造了标志点的一致性配准方法，该方法可以使标志点在正、反向的变换达到一致，但会导致标志点对应关系发生较大误差，还需要引入一致性强度配准进一步调整。Leow定义了变换函数与理想变换之间的对称KL距离，并定义了对称目标函数寻找无偏变换函数，但Leow采用的是粘性流体配准模型，计算量仍然很大。

在保证标志点对应关系前提下，构造基于基函数扩展的无偏变换是非常吸引人的，因为这类变换函数可以保证特征点之间的对应关系，同时具有明确的解析式，易于分析，计算简单，计算量小。但存在以下困难：(1)寻找精确的标志点对应关系比较困难。标志点对应关系往往受局部极值的影响而出现误差，对配准结果产生严重影响；(2)构造无偏变换比较困难，因为基函数扩展的变换函数本身不能保证可逆性，不适用于大形变配准问题。因此很少有文献讨论如何构造基于标志点对应关系的可逆变换，Miller在保证标志点对应关系的前提下构造了微分同胚函数，但该方法采用了光流模型，需要求解偏微分方程，计算复杂，而研究基于标志点对应关系的无偏变换就更少了。

构造基于标志点对应关系的无偏变换需要解决两个问题：(1)寻找对应的标志点。目前已经提出了许多确定标志点对应关系的方法，具有代表行性的是基于信息论的方法，这些方法都需要在搜索最优的匹配点，如果能提供较好的初始搜索位置，将对提高匹配精度大有帮助。(2)在保证标志点对应关系的前提下，构造基于基函数扩展的无偏变换。如果要保证标志点对应关系，基函数扩展构造的变换函数形式是确定的，其无偏性无法保证，只有通过调整标志点分布的位置，或是在适当的位置添加标志点，可以调整变换函数的无偏性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于控制点无偏变换的图像配准方法，旨在解决现有技术应用基于标志点的图像配准插值时存在的标志点对应关系难以确定，同时变换函数无偏性较差的问题。

本发明是这样实现的，一种基于控制点无偏变换的图像配准方法，所述方法包括下述步骤：

步骤A，根据待配准数字图像中的当前控制点对集合构造当前变换函数；所述当前控制点对集合包含初始源控制点集合和初始目标控制点集合；

步骤B，根据步骤A中构造得到的当前变换函数在当前源控制点周围选择新增源控制点，并将新增源控制点的映射位置作为新增目标控制点的初始位置；

步骤C，若步骤B中能找到新增源控制点，则根据变换的无偏性和局部配准度量，调整新增目标控制点；

步骤D，将新增源控制点和新增目标控制点暂时加入到当前控制点对集合中，并计算新变换函数的对称KL距离，以及图像全局配准度量；

步骤E，根据图像全局配准度量的变化量，以及新变换函数的对称KL距离，确定新增控制点对加入到当前控制点对集合中的概率值；所述新增控制点对包含相对应的新增源控制点和新增目标控制点；

步骤F，若步骤E中计算得到概率值大于随机产生的概率参考值，则将新增控制点对添加到当前控制点对集合中；

重复步骤A至步骤F。

本发明还提供了一种基于控制点无偏变换的图像配准系统，包括；

当前变换函数构造单元，用于根据待配准数字图像中的当前控制点对集合构造当前变换函数；所述当前控制点对集合包含初始源控制点集合和初始目标控制点集合；