[发明专利]一种基于数字体积相关法的三维图像配准方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于数字体积相关法的三维图像配准方法，属于图像分析技术领域。

背景技术

图像配准是图像处理的重要任务之一，主要用于将不同时间、不同视角、不同拍摄条件、甚至不同传感器获取的关于同一目标的两幅图像进行匹配的过程。图像配准的基本问题就是提出一种图像变换方法，用以校正图像的坐标和形变。把图像配准所要解决的问题抽象出共同的特性来：即在变换空间中寻找一种特定的最优的变换，达到使两幅图像在某种意义上匹配为目的。对于不同图像数据和不同应用背景的配准问题，就需要具体问题具体分析。现有的配准方法主要有基于特征的配准方法和基于区域灰度的配准方法。基于区域灰度的方法中，通常利用区域相关的方法提取控制结构，对图像的灰度依赖比较强，对图像的缩放、旋转很敏感；基于特征的方法不是直接对图像的灰度进行操作，更多的是在特征空间里提取控制结构，实现图像配准，然而特征点的选取需要用到图像分割，图像分割难以自动化，人为因素会造成较大的影响。

在很多情况下物体的变化可认为是刚性运动过程，即物体内部各位置点的相对位置未发生变化的运动过程，本专利针对的配准也限于刚性运动的配准，即刚性配准。

数字体积相关法(英文全称：Digital Volume Correlation，缩写：DVC)是由B.K.Bay等在1999年(Bay B K,Smith T S,Fyherie D P,et al.Digital volume correlation:Three-dimensional strain mapping using X-ray tomography[J].Experimental Mechanics,1999,39(3):217～226)在传统的数字图像相关的基础上首次提出的。对变形前后采集到的物体内部的三维数字图像进行相关计算，可获得样品各位置点的位移值。利用DVC可以直接计算出样品中不同位置点的位移值u,v,w，从而可相应的计算出样品刚性运动的6个自由度，本专利据此开发了一种与传统配准方法完全不同的三维图像配准方法。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种基于数字体积相关法的三维图像配准方法。

发明内容：为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种基于数字体积相关法的三维图像配准方法，包括如下步骤：

步骤1，对待测样品进行第一次三维成像，获得第一次三维图像数据G₁（x,y,z），将第一次三维图像作为参考图像；

步骤2，将待测样品进行刚性运动后进行第二次三维成像，获得第二次三维图像数据G₂（x,y,z），将第二次三维图像作为待配准图像；

步骤3，对G₁（x,y,z）和G₂（x,y,z）进行数字体积相关计算，获得G₂（x,y,z）三维图像数据中部分位置点相对G₁（x,y,z）的位移值；

步骤4，将步骤3得到的相对位移值代入刚性运动位移公式中，采用最小二乘法计算，得到待测样品的6个刚性运动自由度，其中，刚性运动位移公式（1）为：