圖像配準(zhǔn)專利分析與技術(shù)發(fā)展

王佳楠

摘 要：圖像配準(zhǔn)（Image registration）指將不同時(shí)刻、不同采集設(shè)備或者在不同條件下，如角度、位置等，獲得的兩幅或多幅圖像進(jìn)行匹配、疊加的過程。目前，圖像配準(zhǔn)技術(shù)已被廣泛地應(yīng)用于醫(yī)學(xué)圖像處理、遙感數(shù)據(jù)分析、計(jì)算機(jī)視覺等領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：圖像配準(zhǔn) 匹配 專利分析

中圖分類號(hào)：TP317 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2018）01（a）-0103-02

1 圖像配準(zhǔn)的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀分析

圖像配準(zhǔn)起源于美國，20世紀(jì)70年代美國提出將圖像配準(zhǔn)運(yùn)用于飛行器導(dǎo)航、導(dǎo)彈制導(dǎo)等領(lǐng)域。80年代，圖像配準(zhǔn)技術(shù)逐步受到國內(nèi)外的廣泛關(guān)注，中外學(xué)者開始對(duì)圖像配準(zhǔn)技術(shù)進(jìn)行深入的研究，在多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，如醫(yī)學(xué)圖像診斷、計(jì)算機(jī)視覺、遙感檢測(cè)、汽車視覺等領(lǐng)域。近來，尋找一種在醫(yī)學(xué)圖像、遙感、計(jì)算機(jī)視覺等諸多領(lǐng)域通用的有效圖像配準(zhǔn)技術(shù)是正在積極探索和研究的課題。目前3D數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)成為學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)之一，圖像配準(zhǔn)的高精度、圖像配準(zhǔn)算法的強(qiáng)魯棒性、圖像配準(zhǔn)算法的配準(zhǔn)速度以及圖像配準(zhǔn)的自動(dòng)化一直以來都是圖像配準(zhǔn)領(lǐng)域所不斷追求的目標(biāo)。

2 專利申請(qǐng)情況分析

2.1 申請(qǐng)地域分布

全球涉及圖像配準(zhǔn)的申請(qǐng)約2600件，對(duì)申請(qǐng)?zhí)柷皟晌粐?地區(qū)代碼進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可以得到圖像配準(zhǔn)領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)的全球分布情況。各國家按照申請(qǐng)量進(jìn)行排名，統(tǒng)計(jì)出排名前12位的國家如圖1所示，排名前八位的分別為美國、中國、日本、國際局、歐洲、韓國、德國、俄羅斯，而美、中、日三國的申請(qǐng)量分別占申請(qǐng)總量的33.77%、31.89%和28.79%，總數(shù)占比達(dá)到90%。由此可見，圖像配準(zhǔn)技術(shù)在美、中、日3個(gè)國家的研究比較廣泛。

2.2 申請(qǐng)量趨勢(shì)分析

圖2示出了全球、國內(nèi)以及國外關(guān)于圖像配準(zhǔn)專利申請(qǐng)量的趨勢(shì)。從圖中數(shù)據(jù)來看，關(guān)于圖像配準(zhǔn)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)總量是呈上升趨勢(shì)的，到2014—2015年達(dá)到最高，之后開始趨于平穩(wěn)；國外申請(qǐng)量一直處于平穩(wěn)增長(zhǎng)的狀態(tài)；我國申請(qǐng)量自2002年開始增長(zhǎng)，2011年開始快速增長(zhǎng)，到2014年增長(zhǎng)的最高值后趨于穩(wěn)定；從上述數(shù)據(jù)可以看出圖像配準(zhǔn)的技術(shù)在我國起步較晚，但是后期增長(zhǎng)比較快，說明圖像配準(zhǔn)技術(shù)目前在我國已得到比較廣泛普及。

2.3 國內(nèi)主要申請(qǐng)人分布

首先分析了國內(nèi)申請(qǐng)的申請(qǐng)人情況，國內(nèi)圖像配準(zhǔn)領(lǐng)域的申請(qǐng)人主要為外國公司申請(qǐng)和國內(nèi)高校申請(qǐng)，其中國內(nèi)高校申請(qǐng)量較高的西安電子科技大學(xué)、中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所以及南方醫(yī)科大學(xué)的申請(qǐng)量分別為第二、第三和第五位；國外公司申請(qǐng)量較高的皇家飛利浦電子股份有限公司、皇家飛利浦有限公司和三星電子株式會(huì)社分別排名第一、第四和第六位。國內(nèi)申請(qǐng)人和國外申請(qǐng)人類別差異的主要原因在于：圖像配準(zhǔn)技術(shù)在國內(nèi)主要還處于研發(fā)階段，沒有廣泛地推廣普及、與產(chǎn)業(yè)相結(jié)合（見圖3）。

3 專利技術(shù)發(fā)展分析

通過對(duì)所統(tǒng)計(jì)的專利申請(qǐng)的技術(shù)分析，可以發(fā)現(xiàn)所用到的配準(zhǔn)技術(shù)大體可以歸為三類：基于灰度信息的方法、基于變換域的方法、以及基于特征的方法。通過對(duì)2000—2016年間的國內(nèi)圖像配準(zhǔn)605件專利申請(qǐng)的技術(shù)分析，按照其所使用的方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)可知：基于特征方法的申請(qǐng)為328件，其中使用單一特征匹配的為203件，與其他方法混合使用的125件；基于變換域方法的申請(qǐng)為187件，其中69件使用單一的變換域方法，118件與其他方法混合使用；基于灰度信息方法的申請(qǐng)為132件，其中使用單一方法的為53件，與其他方法混合使用的為79件。在統(tǒng)計(jì)中發(fā)現(xiàn)，還有111件申請(qǐng)所使用的方法無法歸納到上述3種方法中，經(jīng)過人工篩選，發(fā)現(xiàn)有一部分是統(tǒng)計(jì)方式導(dǎo)致的錯(cuò)誤，另一部分為申請(qǐng)人新提出的或?qū)⑾嘟I(lǐng)域的方法運(yùn)用到圖像配準(zhǔn)，此類方法還沒有進(jìn)行明確的分類。

由上述統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，在圖像配準(zhǔn)中，基于特征匹配的方法是最受歡迎的圖像配準(zhǔn)方法，其具有計(jì)算速度快的特點(diǎn)；基于灰度信息的雖然是最早發(fā)展起來的圖像配準(zhǔn)技術(shù)，但是發(fā)展速度不及其他方法。通過篩查近5年的專利申請(qǐng)，會(huì)發(fā)現(xiàn)基于混合模型的申請(qǐng)?jiān)絹碓蕉?，它結(jié)合了基于灰度信息/變換域的配準(zhǔn)和基于特征的配準(zhǔn)兩類方法的優(yōu)點(diǎn)，既具有前者配準(zhǔn)精度高的優(yōu)點(diǎn)，又具有后者計(jì)算速度快的優(yōu)點(diǎn)，而且對(duì)圖像灰度變化、旋轉(zhuǎn)和縮放等具有不變性。

4 結(jié)語

圖像配準(zhǔn)技術(shù)在計(jì)算機(jī)視覺、醫(yī)學(xué)圖像處理、遙感測(cè)量等領(lǐng)域都具有著廣泛的應(yīng)用，根據(jù)具體應(yīng)用目的的不同，所涉及的配準(zhǔn)技術(shù)側(cè)重也不同，有的側(cè)重于通過變換結(jié)果融合待配準(zhǔn)圖像，有的側(cè)重于研究變換本身以獲得對(duì)象的一些力學(xué)屬性。20世紀(jì)以來醫(yī)學(xué)成像和遙感影像經(jīng)歷了從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)，從形態(tài)到功能，從平面到立體的飛速發(fā)展。

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