前端:An iterative image registration technique with an application to stereo vision

本文主要是介绍前端:An iterative image registration technique with an application to stereo vision,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

这篇论文主要记录Lucas 光流法,KLT光流跟踪的基础。图像点定位的方法,即图像的局部匹配,将图像匹配问题,从传统的滑动窗口搜索方法变为一个求解偏移量d的过程

【摘要】 主要讲了图像配准的一种方法–利用图像的空间强度梯度和牛顿迭代法找到好的匹配。此方法更快(仅从较少的匹配中筛选)且适用于旋转、尺度、裁剪等变换。

【简介】 现存的方法代价大且不能处理旋转或者其他变形的情况,提出了一种新的技术–采用空间强度梯度信息找到最佳匹配。这样就可以利用更多图像信息找到两幅图的最佳匹配。这种方法比按固定顺序计算可能的配准位置需要比较的次数更少。此法利用了许多应用中两幅图已经近似配准了,且可以处理任何线性形变。
【配准问题介绍】
给定函数F(x)和G(x),分别表示各自在两幅图中的像素值,x是个向量。要求一个视差矢量h,使F(x+h)和G(x)的某些距离测度最小,其中x属于区域R。
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三种典型的距离度量:
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本文将提出一种更通用的图像差度度量方法,L2 norm和归一化相关都是该方法的特例。L1 norm可以看做是L2 norm的一种合理逼近。
【现存技术】
一种最显而易见的图像配准方法就是穷举搜索h的可能值空间,计算其距离。但非常低效。根据上次的h计算其附近可以使函数值下降的h作为下个h值,这样迭代。但可能会陷入局部最优。序贯想相似性检测算法(SSDA)。SSDA通过人为设定一个固定阈值,及早地终止在不匹配位置上的计算,以此减小计算量,达到提高运算速度的目的。选取一个误差准则,设定一个不变阈值。在子图象中随机选取一点,计算它与模板中相应点的绝对误差值, 将每一随机点对的误差累加起来,若累加到第r次时误差超过设定阈值,则停止累加。停止准则主要由这个固定阈值和累加次数r。
一些配准算法采用了一种由粗到细的策略。先用上面的某种方法在低分辨率下找到最佳配准,然后将其作为高分辨率中的可能匹配位置的约束。一些利用金字塔的图像理解系统采用了这种方法。
上面这些方法有些可以互相结合使用。爬山法和穷举搜索只解决了如何找到最佳匹配,SSDA解决了计算差异函数的方法。因此,可以用SSDA和爬山法或者穷举搜索结合,也可以用由粗到细策略。

本文介绍了搜索h空间的顺序。具体讲,先确定一个初始h,再用每一点的空间强度梯度修正当前h,直到达到最优匹配。迭代过程采用的是牛顿迭代法。该配准方法可以和coarse-fine策略结合。
【配准算法】
本节先介绍一种针对一维配准问题的直接方法,再介绍另外一种可以推广到多维的方法。然后介绍怎么将此技术推广到其他类型配准。最后讨论算法应用和性能。

1. 一维问题
我们希望在F(x)和G(x)=F(x+h)之间找到一个水平视差h。
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根据对x附近的F(x)进行线性逼近。对于很小的h,
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当h足够小,逼近就可以写成等号。后面会介绍通过平滑图像扩大h的范围,这样就可以直接写等号了。
将x一点的情况推广到多点:
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当F(x)接近线性时,(1)线性逼近得很好;反之当|F”(x)|很大时则逼近不好。根据这个关系,可以对上式进行改进,再根据公式(4),可以设计一个计算权重的方法,就是公式(5)。|F”(x)|越小,权重越大。从图2可以看出,当x为两条曲线交叉点时,按(2)算出的h是0,但是因为此时G’(x)和F’(x)的差很大,所以权重很小,这就符合逻辑了。最终的h是公式(6)。
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得到h的估计值,就可以将F(x)移动h的距离,重复这一过程得到一系列的牛顿迭代。理想情况下h会收敛到一个最优值。迭代表示为
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2. 另一种推导
上面的推导不能直接推广到二维情况,因为二维线形逼近形式不同。另一个原因是(2)中分母可能为0。因此,将(1)改为
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求得h
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这个除了权重系数为和公式(6)基本相同。当且仅当对任意x,F’(x)=0时,分母为0,而此时h没有定义。
对应的迭代公式
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  1. 性能
    相比于没有权重的方法,该方法能在更广的范围更快收敛。

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