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1、西安电子科技大学 学位论文独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或 其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做 的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人醚迎二型苎 西安电子科技大学 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的
2、知识产权单位属于西安电子科技大学。本人保证 毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为西安电子科技大学。 学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全 部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。( 保密的论文 在解密后遵守此规定) 本学位论文属于保密，在_ 年解密后适用本授权书。 本人签名! 避 导师签名：券智卜 日期诊O 、乙、 日期2 - 0 10 ，弓，厂 摘要 f ! l ! l ! l l l l r l l r l j l r l l l lrrl!iillrjrrrljji 丫18 6 5 2 8 5 随着应用需求的增多，图
3、像拼接技术已经成为虚拟现实技术、计算机视觉、 计算机图形学以及视频处理等领域的一个重要研究课题。 本文主要研究了基于特征点的图像拼接技术。其中，寻求一种高效的基于点 特征的配准方法是本文研究的核心。首先，系统研究了基于角点特征的匹配，并 对该类算法的配准性能进行了分析验证。其次，深入研究了基于不变量技术的特 征检测，以经典的S I F T 特征检测算法为参照，详尽分析了最近流行的S U R F 特征 检测算法。而后，设计并实现了基于不变量技术特征的匹配，并通过实验对基于 S U R F 特征检测的配准算法进行了性能验证。实验结果表明，基于S U R F 特征的匹 配算法拥有良好的鲁棒性、抗干扰
4、性以及统计特性。同时，配准速度相比基于S I F T 特征的匹配算法有大约4 倍的提升，是一种精度与速度兼备的配准算法。 最后，在前期工作的基础上，基于S U R F 特征的匹配，设计并实现了柱面全 景图像的拼接。 关键宇：图像配准H a r r i s S I F TS U R F 图像拼接 A b s t r a c t W i t ht h ei n c r e a s eo fa p p l i c a t i o nr e q u i r e m e n t s ，i m a g em o s a i ct e c h n o l o g yh a s b e c o m ea l
5、li m p o r t a n tr e s e a r c hs u b j e c to nt h ef i e l do fv i r t u a lr e a l i t y , c o m p u t e rv i s i o n ， c o m p u t e rg r a p h i c s ，v i d e op r o c e s s i n ga n d S Oo n T h i sp a p e rm a i n l ys t u d i e st h ei m a g em o s a i ct e c h n o l o g yb a s e do nf e a t
6、 u r ep o i n t s S e e k i n gah i g h l ye f f e c t i v er e g i s t r a t i o nm e t h o db a s e do np o i n t sf e a t u r ei st h er e s e a r c h c o r e F i r s t l y , t h ei m a g em a t c h i n gb a s e do nc o m e rf e a t u r e i ss t u d i e ds y s t e m a t i c a l l y 2 1 图像拼接的基本流程7
7、 2 2 图像的获取方式。7 2 3 全景图投影模型8 2 4 图像配准的算法分类l l 2 4 1 基于灰度相关的配准1 2 2 4 2 基于变换域的配准12 2 4 3 基于模型的配准l3 2 4 4 基于特征的配准1 3 2 5 图像变换模型1 3 2 6 本章小结l5 第三章基于角点特征的图像配准算法研究1 7 3 1 几种传统的角点检测算子1 7 3 1 1M o r a v e c 角点检测算子17 3 1 2H a r r i s 角点检测算子1 8 3 1 3S U S A N 角点检测算子2 0 3 2 角点的匹配2 2 3 2 1 基于像素差平方和的匹配2 2 3 2 2
8、基于归一化互相关的匹配2 2 3 3 实验结果及分析2 3 3 4 本章小结2 5 第四章基于不变量技术特征的图像配准算法研究2 7 4 1S I F T 特征的提取：- 2 7 4 1 1 尺度空间极值检测2 7 4 1 2 消除不稳定特征点2 9 4 1 3 特征点方向确定3 0 4 1 4 特征点描述符生成3 l 目录 4 2S U R F 特征的提取3 2 4 2 1 尺度空间极值检测3 3 4 2 2 特征点方向确定3 6 4 2 3 特征点描述符生成3 6 4 2 4 实验结果及分析3 8 4 3 基于最近邻的快速匹配3 9 4 4 基于R A N S A C 的特征点对提纯4 0
9、 4 5 基于最小二乘法的参数优化4 l 4 6 基于不变量技术特征的配准流程4 2 4 7 实验结果及分析4 3 4 7 1 实验一4 3 4 7 2 实验二4 5 4 7 3 实验三4 6 4 8 本章小结4 7 第五章全景图像的拼接和融合4 9 5 1 图像的拼接4 9 5 1 1 图像的拼接方式4 9 5 1 2 图像的灰度级插值方法5 0 5 2 图像的融合5l 5 2 1 图像融合的级别5 2 5 2 2 几种像素级图像融合算法5 2 5 3 柱面全景拼接的设计与实现5 3 5 4 实验结果及分析。5 4 5 5 本章小结5 6 第六章总结展望5 7 致谢5 9 参考文献6 l 第
10、一章绪论 第一章绪论 图像技术是一门跨学科技术，在近些年已发展成为- I - J 独立的、有强大生命 力的学科，并己广泛地应用到许多领域。图像拼接技术则是数字图像技术的一个 重要分支，通过将一组含有重叠区域的图像序列拼接成一幅大型的无缝图像，可 以间接提高图像的分辨率以及获得更大视野。目前，在地理信息系统、卫星成像 分析、计算机视觉、虚拟现实技术、视频压缩以及视频检索等领域，拼接技术都 具有广泛的需求和应用。正因如此，关于图像的配准和拼接逐渐成为了当前国际 学术界的热门研究方向。 1 1 课题背景和研究意义 人类获取信息主要通过三个途径：语言、文字和图像。从信息论的角度分析， 图像所包含的信息
11、量最大，人们获得的外界信息绝大部分也是通过视觉。图像拼 接的思想最早源于摄影，当相机的视野小于人类的视野时，人们开始考虑将多个 照片拼接成一幅大的照片，以达到增强相机视野的目的。早期的拼接主要依靠手 动或者昂贵的设备，比如广角镜头和扫帚式全景相机等。其中，手动拼接不能很 好地处理图像间的旋转、缩放以及视角变换，也缺乏消除拼接痕迹的有效手段； 而后者高昂的成本又限制了其应用的普遍性，并且通过广角镜头获取的图像边缘 会不可避免地出现扭曲变形，不能真实反映景物的信息。因此，近年来的发展趋 势是利用普通P C 对图像进行自动配准，继而拼接成大幅无缝图像。 最早的图像自动拼接出现在上世纪7 0 年代的军
12、用遥感技术领域。遥感监测一 次拍摄的画面只能包含一个局部地区的信息，为了获得对更大区域的整体认知， 人们就利用计算机把多个局部遥感图像拼接在一起，从而得到一幅具有更大视野 的全貌图像。利用计算机实现图像自动拼接这一技术的出现，使采集待拼接图像 的设备更趋普遍化，同时也降低了获得可用全景图像的技术门槛，这无形中拓宽 了图像拼接技术的应用领域。 而今，图像拼接技术已经成为虚拟现实技术、计算机视觉、计算机图形学和 视频处理等领域的一个重要研究课题。d , N 显微镜( 医学图像分析领域) ，大到望远 镜( 空间技术领域) 、卫星成像( 遥感图像处理领域) ，都需要利用拼接技术来构造宽 视角、高分辨率的图像。除了在专业领域的应用，自动拼接技术还能满足人们在 生活和工作中的部分需要。利用该技术，人们依靠普通相机也能构造出全景图像。 因此，图像拼接技术具有广阔的应用前景和实用价值。研究一种精度高
