待配準(zhǔn)圖像與原圖像相比存在偏移、旋轉(zhuǎn)、比例等空間變換關(guān)系，圖像配準(zhǔn)就是將不同傳感器所采集得到的同一場(chǎng)景的多光譜、多波段或同一傳感器在不同時(shí)相、不同方位、不同條件下（氣候、照度、攝像位置和角度等）獲得同一場(chǎng)景的兩幅或多幅圖像進(jìn)行匹配的過(guò)程。

一、圖像配準(zhǔn)概述

（一）常用圖像變換

1.剛體變換

一幅圖像中的兩點(diǎn)間的距離經(jīng)變換到另一幅圖像中后仍然保持不變。

2.仿射變換

一幅圖像上的直線經(jīng)過(guò)變換后映射到另一幅圖像上仍然為直線，并且保持平行關(guān)系。

3.投影變換

一幅圖像上的直線經(jīng)過(guò)變換后映射到另一幅圖像上仍然為直線，但平行關(guān)系基本不保持。

4.非線性變換

一幅圖像上的直線映射到另一幅圖像上不一定是直線，可能是曲線。

（二）圖像配準(zhǔn)方法分類

1.基于像素的配準(zhǔn)方法

一般根據(jù)配準(zhǔn)圖像的相關(guān)函數(shù)、Fourier變換等關(guān)系式來(lái)計(jì)算配準(zhǔn)參數(shù)。其中最簡(jiǎn)單的方法就是窗口(模板)匹配法。

2.基于特征的配準(zhǔn)方法

主要是采用各種算法提取基準(zhǔn)圖像和實(shí)時(shí)圖像的特征，如邊緣、角點(diǎn)、曲率、不變矩等，然后對(duì)提取的特征進(jìn)行描述從而使其可以按照某種相似性測(cè)度進(jìn)行匹配。

3.基于模型的配準(zhǔn)方法

根據(jù)圖像失真的數(shù)學(xué)模型來(lái)對(duì)圖像進(jìn)行非線性校正式的配準(zhǔn)，多用于醫(yī)學(xué)圖像。

二、圖像配準(zhǔn)方法

（一）基于特征點(diǎn)的配準(zhǔn)定位方法

下圖中橢圓區(qū)域?yàn)镾IFT特征匹配區(qū)域，橢圓的中心位置代表了關(guān)鍵點(diǎn)在圖像中的二維坐標(biāo)位置，橢圓的長(zhǎng)軸代表了關(guān)鍵點(diǎn)的尺度，橢圓的方向代表了該關(guān)鍵點(diǎn)的方向。

圖像對(duì)的匹配點(diǎn)數(shù)隨著閾值的增加而逐漸減少，但是匹配點(diǎn)更加穩(wěn)定。SIFT特征是圖像的局部特征，信息量豐富，適用于在海量特征數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的匹配，并可通過(guò)選擇適合的閾值，尋找可靠、穩(wěn)定的特征匹配點(diǎn)。

（二）基于圖像矩的配準(zhǔn)定位方法

對(duì)基準(zhǔn)圖像和待配準(zhǔn)圖像進(jìn)行特征提取預(yù)處理，采用質(zhì)心主軸法完成兩幅圖像特征之間的匹配，建立圖像之間的配準(zhǔn)映射關(guān)系，利用仿射變換對(duì)待配準(zhǔn)圖像進(jìn)行圖像變換實(shí)現(xiàn)圖像配準(zhǔn)定位。

對(duì)基準(zhǔn)圖像和待配準(zhǔn)圖像分別進(jìn)行圖像處理，經(jīng)過(guò)閾值分割、中值濾波、輪廓提取、輪廓跟蹤得到兩幅圖像的連續(xù)完整輪廓；分別針對(duì)兩個(gè)輪廓圖像計(jì)算出其目標(biāo)輪廓的主軸，兩主軸的夾角即為圖像的旋轉(zhuǎn)角。

審核編輯：湯梓紅