相位相关法实现图像拼接的仿真与优化.pdf

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1、万方数据第25卷第1期2008年1月计算机应用与软件ComputerApplicationsandSoftwareV01．25No．1Jan．2008相位相关法实现图像拼接的仿真与优化方俊伟翟超金熠(中国科学技术大学精密机械与精密仪器系安徽合肥230027)摘要相位相关算法是目前应用最广泛的图像匹配算法之一，基于频域分析快速实现包含平移、旋转、缩放关系的图像之间的自动拼接。对该算法作了全面细致的仿真实验，总结了纯平移图像匹配的各方面特性，提出对旋转图像按照一定规则进行极坐标变换，使旋转放缩量具备平移特性，降低了噪音影响，大大提高了算法的可行性。关键词相

2、位相关图像拼接图像匹配仿真SIMULATIoNANDoPTIMIZATIoNoFPHASECORRELATIoNALGoIUTHMINIMAGEMoSAICSFangJunweiZhaiChaoJinYi(DepartmentofPrecisionMachineryandPrecisionInstramentation，UniversityofScienceandTechnologyofChina，Hefei230027，Anhui，China)AbstractPhaseCorrelationAlgorithm(PCA)iswidelyusedasim

3、agematchingmethod．Basedonanalysesoffrequencyspectrum，PCAautomaticallystitchesimageswithrelationshipsofshift，rotationandzoom．ThecourseofPCAissimulated，andthecharacterofPCAforshif-tedimagesiseduced．Furthermore，theparticularrulesforpolarcoordinatetransformofrotatedandzoomedimagesar

4、eadvanced，makingnoisedepressedandthefeasibilityofthealgorithmgreatlyincreased．KeywordsPhasecorrelationalgorithmImagemosaicsImagematchingSimulation0引言图像拼接在基于数字图像的绘制、测量、视频检索、景物匹配等领域有着广泛的应用，其关键技术在于图像匹配过程。相位相关算法是一种基于频谱分析的对齐方法，具有场景无关性、受几何失真影响小、噪音容忍度高、优化结果允许在恶劣条件下只作为匹配参考等优点。1相位相关法原理设两

5、幅离散图／l≈f,(x，y)和五(戈’，，，’)之间有坐标转换关系如下：睁[：‰翔inOol旷[X-X州01其中％表示旋转量，(‰，％)表示平移量。两者均作傅立叶变换得：疋(f，，7)=F1(g'cos00+r／sinoo，一srsin00+钉cosoo)e一Ⅱ扣。8印+叩81“舶)。o+(一扣inOo+目。。800)yo]可见，空域中的平移在频域中只反映在相位变化，空域中的旋转量可由频谱的幅度确定，如果将频谱幅度图像(以下直接称为频谱)从笛卡儿坐标系Y一省极坐标化成P一0图，即：mod(F2(f，叼))一P。0d2(P，0)mod(F1(f，田))一

6、P。odl(P，0一Oo)其中P=僭+叼2，0=arctan((／n)。则频谱的旋转量转化为0坐标方向的平移量，频谱的放缩量转化为P坐标方向的平移量。对于放缩图像，设源图放缩率为丁，则频谱图中放缩量为1／7"，极坐标图中1／r同样可由P方向偏移像素量计算得到。故纯平移相位相关检测即可求解纯平移量(石。，Yo)、旋转量Oo和放缩量下，设图像^(石，Y)和五(z，Y)平移相关圻(x,y)=五(石一石。，Y—Yo)，则有：罟掣黑=e-J(rxo+WO，型驾(x‰)，训F1(f，叩)R4(f，叼)I⋯‘””。”72算法仿真与优化分析2．1纯平移图像一相位相关法

7、检测的仿真及分析利用MATLAB图像处理工具，纯平移图像的仿真过程如下：从图像源(2500×350像素)中，随机截取出5000对重叠率在50％左右的64X64像素的图像，用相位相关法检测平移量，统计准确率及精确度，结果如表1所示。图1为一对匹配图像(300X300)及其相关图像，最大脉冲位置(113，26)与实际偏移量一致。由表1可见，对于纯平移对齐情况，相位相关算法检测效果突出，准确率相当高，精确解的误差一般也在几个像素的级别上，完全失效的情况很罕见。实验还发现：(1)不同的图像源，最大脉冲大小和脉冲平面平均值均有较大变化，这表明，采用脉冲峰值与相关

8、平面平均值的比值作为检测的区分度，比应用脉冲大小作为区分度要稳定。(2)采用sobel、can