基于共線梯度特征和結(jié)構(gòu)化輸出的異譜圖像匹配算法

方智文

【摘 要】本文提出了一種基于共線梯度特征（collinear gradient-enhanced coding， CGEC）和結(jié)構(gòu)化輸出的異譜圖像匹配算法。首先通過(guò)共線梯度特征對(duì)異譜圖像進(jìn)行特征圖像轉(zhuǎn)換，獲得具有相似結(jié)構(gòu)信息的特征圖；接著，在特征圖上進(jìn)行關(guān)鍵點(diǎn)的提取，以得到較多的同名點(diǎn)；最后，綜合關(guān)鍵點(diǎn)的特征向量和關(guān)鍵點(diǎn)之間的結(jié)構(gòu)信息，采用優(yōu)化的方法計(jì)算得到最優(yōu)的轉(zhuǎn)換關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文方法更好的獲取了關(guān)鍵點(diǎn)的匹配結(jié)果。

【關(guān)鍵詞】異譜圖像匹配；共線梯度特征；結(jié)構(gòu)化輸出；關(guān)鍵點(diǎn)

【Abstract】A multi-spectral image matching algorithm based on collinear gradient-enhanced coding （CGEC） and structure output is proposed. First， the similar structure feature maps are obtained from the multi-spectral images through collinear gradient-enhanced coding. Secondly， the key points are extracted on the structure feature maps in order to get more valid point-pairs. Lastly， combining with the feature vector and structure information， we use the optimization algorithm to obtain the best transformation. The experiment result demonstrates that our method achieves better result.

【Key words】Multi-spectral image matching； Collinear gradient-enhanced coding（CGEC）； Structure output； Key points

圖像匹配是機(jī)器視覺領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一，被廣泛的用于醫(yī)學(xué)圖像、遙感圖像、機(jī)器人視覺、導(dǎo)航等領(lǐng)域[1-3]。異譜圖像匹配是指針對(duì)不同譜段下獲取的兩張或多張圖像，找到圖像間的空間變換，建立圖像間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。異譜圖像因其局部特征的顯著差異，大大增加了異譜圖像之間的匹配難度。傳統(tǒng)的點(diǎn)匹配方法，如尺度不變特征變換描述子（scale-invariant， SIFT）[4]，高速魯棒描述子（speeded up robust features， SURF）[5]，二值魯棒獨(dú)立元素描述子（binary robust independent elementary features， BRIEF）[6]等，均不能很好解決異譜圖像的局部特征差異大的問(wèn)題。本文采用共線梯度特征和結(jié)構(gòu)化輸出的方法實(shí)現(xiàn)異譜圖像對(duì)的匹配。

1 生成共線梯度特征圖

文獻(xiàn)[7]提取了共線梯度特征對(duì)異譜圖像的結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行描述，有效的提取了異譜圖像之間的相近結(jié)構(gòu)信息。

2 關(guān)鍵點(diǎn)提取

文獻(xiàn)[7]在原始異譜圖像上直接提取FAST關(guān)鍵點(diǎn)，再進(jìn)行同名點(diǎn)的匹配。但因異譜圖像在局部特性上的較大差別，導(dǎo)致關(guān)鍵點(diǎn)的位置差別較大，如可見光圖像具有豐富的圖像細(xì)節(jié)，可提取大量的關(guān)鍵點(diǎn)，但紅外圖像因熱成像的原理，往往使得多數(shù)局部區(qū)域細(xì)節(jié)消失，提出的關(guān)鍵點(diǎn)數(shù)量非常少。為了解決異譜圖像上提取的同名點(diǎn)對(duì)較少的問(wèn)題，本文采用在共線梯度特征圖上提取FAST關(guān)鍵點(diǎn)的方法。因共線梯度特征圖已將異譜圖像投影到相似的結(jié)構(gòu)信息上，因此比直接從原始圖像上能提取更多的同名點(diǎn)對(duì)，有利于異譜圖像變換矩陣的正確計(jì)算。

3 結(jié)構(gòu)化輸出

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本文對(duì)紅外圖像和可見光圖像的異譜對(duì)進(jìn)行了點(diǎn)匹配實(shí)驗(yàn)，如圖1所示。圖1左則為可見光圖像，右側(cè)為紅外圖像，第一行為文獻(xiàn)[7]的點(diǎn)匹配結(jié)果圖，第二行為本文的匹配結(jié)果圖。從圖1可以看出，本文方法大大增加了同名點(diǎn)的匹配數(shù)目。

第一行為文獻(xiàn)[7]的結(jié)果，第二行為本文的結(jié)果.

5 結(jié)論

本文方法基于共線梯度特征生成異譜圖像的特征圖，得到異譜圖像的大結(jié)構(gòu)信息。改善了從原始圖像上提取同名點(diǎn)對(duì)少的問(wèn)題，并通對(duì)點(diǎn)與點(diǎn)之間的結(jié)構(gòu)化信息獲取最優(yōu)化的點(diǎn)對(duì)匹配結(jié)果，大大提升了異譜圖像的點(diǎn)匹配效果。

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]