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基于显微镜视频流的手动实时拼接关键算法的研究

基于显微镜视频流的手动实时拼接关键算法的研究

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作者：陈诗敏浙江大学

学位级别：硕士

显微镜是一种常见的光学仪器。在遥感图像处理、医学图像分析、计算机视觉、计算机图形学、虚拟现实技术等领域有着广泛的应用。传统显微镜存在视场范围和分辨率大小之间的矛盾,而图像拼接技术,能将不同视场的图像拼成完整的大视野图像... 详细信息

显微镜是一种常见的光学仪器。在遥感图像处理、医学图像分析、计算机视觉、计算机图形学、虚拟现实技术等领域有着广泛的应用。传统显微镜存在视场范围和分辨率大小之间的矛盾,而图像拼接技术,能将不同视场的图像拼成完整的大视野图像,不仅增大了视野范围还提高了观测图像的分辨率。本论文对显微镜下视频流的手动实时拼接系统中关键算法进行研究,通过手动移动载物台,集成的拼接系统可以进行当前视场下切片图像的实时拼接和显示。拼接系统关键问题主要包括图像筛选、图像配准、图像融合、亮度矫正、和图像预处理五大部分,论文将专注这几大关键问题进行研究。论文设计了一种适用于视频流图像拼接的框架,拼接系统达到实时处理速度的同时极大提高拼接精度。另外提出了配准反馈机制,通过提供调节扫描速度的反馈信号,使得手动拼接流程更顺畅。论文在配准部分提出了粗配准、精配准、再配准的三步配准法,满足实时拼接的要求。精配准部分对ORB特征点配准算法进行了改进,提出了基于区域的自适应阈值提取和多尺度下的FAST特征点提取算法,基于直线约束的特征点挑选算法和基于图约束的强壮点挑选算法,大幅度提高了配准算法的精度。再配准部分通过精巧的背景帧选取,采用特征点构造稀疏光流的方式进行快速配准,消除累计偏移误差。论文在融合部分提出一种基于局部最优缝合线和多频带的融合算法,能有效消除由于对齐误差导致的融合重影,亮度差异等问题,得到高质量的融合图像。对其中缝合线搜索提出了一种改进的动态规划算法,通过扩展搜索方向的方式实现指定起点和终点之间局部最优缝合线的搜索,提高搜索速度;并且通过分割缝合线的方式使搜索算法适用于更一般的不规则重叠区域的情况。论文在视频流图像的预处理部分,详细研究了图像白平衡、亮度均衡化等图像预处理方法和清晰度评价机制。论文最后将算法作为拼接模块集成到显微镜相机软件系统中,并进行了实验验证。实验证明该系统可以在没有电动扫描平台的情况下,实现显微图像实时拼接和预览,实现超大拼接图像的输出。

关键词：图像配准图像融合手动实时拼接亮度均衡

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