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基于SIFT算法的图像特征点提取与匹配

基于SIFT算法的图像特征点提取与匹配

作者：崔哲电子科技大学

学位级别：硕士

近年来,随着数码摄像及存储设备的发展普及,数字图片呈现爆发式增长,对角数字图像的计算机匹配及拼接需求也越来越大。计算机图像匹配是计算机视觉的基本问题,也是很重要的图像分析和处理技术;除了在遥感领域,图像匹配还广泛应用于工业... 详细信息

近年来,随着数码摄像及存储设备的发展普及,数字图片呈现爆发式增长,对角数字图像的计算机匹配及拼接需求也越来越大。计算机图像匹配是计算机视觉的基本问题,也是很重要的图像分析和处理技术;除了在遥感领域,图像匹配还广泛应用于工业、农业、军事、交通、医学等诸多行业。本文主要对图像匹配及相关技术进行了研究探索,在深入分析常用匹配算法的基础上,完成了基于多视角图像的特征点提取、匹配及图像拼接。图像匹配主要有基于灰度的匹配方法、基于图像特征的匹配方法等,论文首先在研究上述两种方法的基础上,对两种方法在图像不同条件下的匹配性能进行实验比对,得出基于图像特征的匹配方法具有耗时少、精度高、适应性好等特点,在图像匹配性能方面优于基于图像灰度的匹配方法。基于以上结论,论文对基于特征匹配的方法中一些常用的特征点提取算子进行了研究,以平移、旋转、缩放、仿射等变换对图像进行多视角模拟,并加入噪音干扰,研究不同的特征点提取算法在图像不同条件下的匹配性能;通过数据分析,得出SIFT算子具有较好的鲁棒性和独特性,对外界环境改变具有较好的适应能力,相对于其他算子具有一定优越性,因此确定以SIFT算法进行本文的图像匹配处理。文章深入研究了SIFT特征点提取的原理及过程,以基于K-D树结构的近邻算法对呈线性变换的两幅图像在不同视角和噪声干扰情况下进行了特征点的粗匹配,并通过随机抽样一致性算法(Random Sample Consensus)进行特征点的提纯,删除例如错误的匹配特征点对。针对粗匹配后误匹配点对较多导致的RANSAC算法效率降低、运算时间变长的情况,论文以视差梯度约束对粗匹配点对进行预筛选,提升了RANSAC算法的效率。根据匹配点对空间位置关系得出图像之间的变换模型;最后将图像引入变换模型实现了图像的变换和拼接。

关键词：特征点提取点对匹配 SIFT 图像拼接视差梯度

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对极约束下的相位相关图像匹配算法

计算机应用研究 2014年第2期31卷 615-618页

作者：许斌李忠科孙玉春第二炮兵工程大学理学院计算机室西安710025 北京大学口腔医学院北京100081

针对经典相位相关匹配算法(POC algorithm)因计算量过大不适合应用在高分辨率稠密匹配场合的问题,提出了一种新型的相位相关稠密匹配算法。在稠密匹配策略基础上将对极几何约束引入相位相关函数,实现二维函数拟合到一维函数拟合的转变,... 详细信息

针对经典相位相关匹配算法(POC algorithm)因计算量过大不适合应用在高分辨率稠密匹配场合的问题,提出了一种新型的相位相关稠密匹配算法。在稠密匹配策略基础上将对极几何约束引入相位相关函数,实现二维函数拟合到一维函数拟合的转变,达到了在保持匹配精度的同时大幅缩短算法运行时间的目的。实验表明,本算法在匹配精度和算法运行时间上都优于采用相似匹配策略的基于灰度的匹配算法,具有很强的实用性。

关键词：三维曲面重建对极几何约束点对匹配相位相关函数函数拟合

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道路箭头标志检测与识别算法研究

道路箭头标志检测与识别算法研究

作者：魏瑾瑜大连理工大学

学位级别：硕士

在智能交通领域,地面箭头标志的检测与识别是非常重要的一项内容。很多研究者在实现快速且准确的识别地面箭头标志时引入了许多计算机视觉技术,并且已经获得了较好的效果。为了提高识别的速度和有效性,本文对现有的地面箭头标志的检测... 详细信息

在智能交通领域,地面箭头标志的检测与识别是非常重要的一项内容。很多研究者在实现快速且准确的识别地面箭头标志时引入了许多计算机视觉技术,并且已经获得了较好的效果。为了提高识别的速度和有效性,本文对现有的地面箭头标志的检测与识别算法以及图像匹配算法进行了深入的分析研究,并且对一些算法进行了改进,实现了地面箭头标志的高效地检测与识别。本文主要工作如下：(1)提出了一种基于改进Chamfer匹配的箭头标志识别算法。本算法首先将获取的图像边缘进行了线性表示,将边缘分割为边缘线段,并对边缘线段的方向进行量化,将边缘线段按量化方向分组。对每组边缘线段进行距离变换时,不同于经典的Chamfer匹配算法,引入了匹配点之间的方向差值,提高了匹配的准确度。为了提高算法的计算速度,采用了积分图像来求取模板图像与测试图像之间的匹配代价。实验结果表明,该算法对地面箭头标志检测与识别的准确率较高。(2)提出了一种基于点对匹配和几何结构匹配的箭头标志识别算法。本算法首先在测试图像和模板图像边缘点处进行了局部多尺度HOG特征提取,并利用该特征进行了点对匹配,实现了对两幅图像的边缘点的筛选。最后提出了一种几何结构匹配算法对剩余边缘点的几何分布进行了分析与对比,判断测试图像的类别。大量的实验表明,该算法对存在遮挡,旋转,尺度变化的箭头标志也可以准确的检测与识别。

关键词： Chamfer匹配局部多尺度HOG特征点对匹配几何结构匹配

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冠脉树中感兴趣血管段的三维重建研究

冠脉树中感兴趣血管段的三维重建研究

作者：王芳良浙江理工大学

学位级别：硕士

心血管疾病主要是心肌供血不足引发的心脏搏动障碍,目前已经成为威胁人类健康的首要因素,具有患病率高、死亡率高等特点。心血管疾病诊断的传统方法之一是数字减影血管造影（DSA）,DSA具有很好的成像质量和成像速度,因此在临床上被广泛... 详细信息

心血管疾病主要是心肌供血不足引发的心脏搏动障碍,目前已经成为威胁人类健康的首要因素,具有患病率高、死亡率高等特点。心血管疾病诊断的传统方法之一是数字减影血管造影（DSA）,DSA具有很好的成像质量和成像速度,因此在临床上被广泛采用作为诊断和治疗冠心病的主要依据之一,被称为诊断冠心病的“金标准”。然而,X射线成像是将血管的三维空间结构通过射线投影叠加在二维图像上,血管结构在造影路径上中可能相互重叠,最终导致医生观察与诊断的不准确,这也是X射线成像的主要缺陷。因此冠状动脉的三维重建有助于提高临床医学参数定量分析的准确性。随着医学成像技术和计算机图像处理技术的不断发展,以及相关科研人员的研究探索,针对冠脉图像的计算机分析诊断技术得到了巨大的飞跃,并在临床应用中日益发挥出巨大作用。本文深入研究图像配准与三维重建的核心,探索适用于DSA血管图像的三维重建算法。该算法首先优化造影设备中记录的系统参数,其次根据冠状动脉图像的特点,提出了一种全新的血管点对匹配方法,基于该方法能够获得全局最优的点对匹配结果,然后利用计算机视觉中双目立体视觉的原理进行三维重建,最后对重建的冠状动脉中心线进行表面渲染。本文主要进行了以下研究工作:1.造影系统参数优化。针对单臂造影系统的等中心偏移、病人心脏的运动等因素造成的系统参数误差。论文结合信赖域方法与传统Levenberg-Marquardt（LM）算法的特点,提出了参数自调整 LM（Parameter-Adjusting Levenberg-Marquardt,PALM）)算法来优化两个不同角度成像坐标系间的几何变换矩阵。2.点对匹配优化。本文提出了一种新的基于曲线描述子和投影几何约束的血管对应点匹配方法。首先使用曲率亮度融合序曲线描述子（Curvature and brightness order curve descriptor,CBOCD）来表示血管造影时血管的自遮挡度。其次构造出由外极线匹配误差定义的匹配成本矩阵,综合血管平滑度和CBOCD描述的自遮挡度,设计出自适应步长的动态规划算法来实现血管的全局最优匹配点对。3.点基元三维重建。在全局最优匹配点对基础上,利用计算机视觉中双目立体视觉的原理,根据摄像机参数和外部参数进行点基元的三维重建。4.血管表面重构与与渲染。利用冠状动脉图像分割与细化时记录的血管半径,构建重建后血管中心线上对应的横截面序列,在构建的横截面曲线上进行等夹角采样获得冠状动脉的表面点云。最后使用三维点云隐式曲面重构技术重构冠状动脉表面。论文最终构建了一个适用于DSA血管图像的三维重建算法,在反投影均方误差和血管平滑性方面,重建结果都有了显著提高,证明了所提出方法的有效性和适用性,满足了临床应用的需求。

关键词：冠状动脉参数优化点对匹配三维重建曲面重构曲线描述子动态规划

基于特征点的印刷电路板CT图像配准技术研究

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基于特征点的印刷电路板CT图像配准技术研究

作者：管士勇解放军信息工程大学

学位级别：硕士

印刷电路板（Printed Circuit Board, PCB）是电子设备的核心部件，对其进行无损检测具有重要的社会、经济和军事价值。锥束CT（Cone Beam Computed Tomography, CBCT）成像技术能够获取高分辨率的PCB图像，为PCB的无损检测提供了一种... 详细信息

印刷电路板（Printed Circuit Board, PCB）是电子设备的核心部件，对其进行无损检测具有重要的社会、经济和军事价值。锥束CT（Cone Beam Computed Tomography, CBCT）成像技术能够获取高分辨率的PCB图像，为PCB的无损检测提供了一种新的技术途径。然而，目前对PCB的CT成像过程中存在两个突出问题。一是大范围成像视野与高分辨率存在矛盾，即对于大尺寸PCB，由于受CT成像视野的限制，需要进行分块成像并进行图像拼接才能得到完整的高分辨率PCB图像;二是受导线等金属物质的影响，PCB图像中存在大量具有明显方向性的伪影，需要采用不同方向成像的PCB图像进行融合，以提高图像质量。解决以上两个问题的关键技术是图像的精确配准。因此，研究PCB图像的自动配准技术对于提高PCB无损检测的效率、提升图像质量和自动化水平具有重要意义。本文针对PCB图像的特点，研究基于特征点的图像配准技术，主要包括特征点检测、描述和特征匹配等关键技术。论文主要工作如下： 1、针对PCB图像中金属伪影的影响导致检测重复率低的问题，本文提出一种改进的SIFT（Scale Invariant Feature Transform）检测算法实现PCB图像的特征点自动提取。根据PCB图像伪影分布的特点，从简化尺度空间生成、检测极小值点以及利用尺度自适应的Harris准则抑制边缘点三个方面对SIFT算法进行改进。实验结果表明，改进的SIFT算法不仅特征点检出的重复率明显提升，匹配精度也有所提高，并且检测时间缩短。 2、针对由于PCB图像中存在的严重金属伪影和较多的相似区域，特征描述算法无法有效适用导致匹配失败的问题，提出一种基于稳定区域的特征描述算法。该方法首先引入最大稳定极值区域检测算法提取图像的稳定区域，然后以特征点尺度为单位在较大邻域内建立一种基于对数-极坐标系的邻域划分，最后统计稳定区域分布生成一种49维的特征描述子。实验结果表明，该描述子具有一定的抗形变和相似特征区分能力，能够有效抵抗金属伪影的影响。 3、针对特征匹配时较多相似特征导致的误匹配问题，提出一种基于方向约束的点对匹配算法。该方法首先生成特征点对抑制特征的局部歧义性，其次，通过点对分类匹配和方向、位置约束剔除误匹配对，最后给出一种匹配对之间的方向约束条件，基于该条件提出一种错误匹配对的抑制算法。实验结果表明，本文提出的方法在正确匹配对数和重复率方面都有显著提高。 4、针对大尺寸图像配准耗时的问题，本文在GPU（Graphics Processing Unit）上实现了基于CUDA编程模型的图像配准并行加速算法。本文在深入分析配准算法并行性的基础上，实现了基于CUDA编程模型的S-SIFT算法和特征点匹配算法的并行加速。实验结果表明，相比于CPU串行程序，基于GPU的S-SIFT和特征匹配并行程序运行效率均提升10倍左右。

关键词：图像配准印刷电路板最大稳定极值区域点对匹配相似特征 GPU加速