基于显微镜视频流的手动实时拼接关键算法的研究
发布时间：2021-04-01 16:11
显微镜是一种常见的光学仪器。在遥感图像处理、医学图像分析、计算机视觉、计算机图形学、虚拟现实技术等领域有着广泛的应用。传统显微镜存在视场范围和分辨率大小之间的矛盾,而图像拼接技术,能将不同视场的图像拼成完整的大视野图像,不仅增大了视野范围还提高了观测图像的分辨率。本论文对显微镜下视频流的手动实时拼接系统中关键算法进行研究,通过手动移动载物台,集成的拼接系统可以进行当前视场下切片图像的实时拼接和显示。拼接系统关键问题主要包括图像筛选、图像配准、图像融合、亮度矫正、和图像预处理五大部分,论文将专注这几大关键问题进行研究。论文设计了一种适用于视频流图像拼接的框架,拼接系统达到实时处理速度的同时极大提高拼接精度。另外提出了配准反馈机制,通过提供调节扫描速度的反馈信号,使得手动拼接流程更顺畅。论文在配准部分提出了粗配准、精配准、再配准的三步配准法,满足实时拼接的要求。精配准部分对ORB特征点配准算法进行了改进,提出了基于区域的自适应阈值提取和多尺度下的FAST特征点提取算法,基于直线约束的特征点挑选算法和基于图约束的强壮点挑选算法,大幅度提高了配准算法的精度。再配准部分通过精巧的背景帧选取,采用...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１配准流程图??首先，将参考帧和当前匹配帧缩小十倍，通过相位相关法对参考帧和当前匹配帧进??
浙江人学硕士学位论文??图ｔ块坐标加?参考帧中截?精配准中??上偏移量得到参一？収相同大小?一＋?参考帧的局?一Ｉ?????！?考帧对应坐标?的图像块?部图像块????匹配帧ｔ叠?积分法寻找细??????粗配准?一？区域进行拉—节最丰富的—?－＞?精配准??＿＿＿｜?｜普拉斯变换?｜局部图像块????精配准中??匹配帕的局????部图像块??图２．２取局部图像块流程图??然后，通过特征点匹配法计算参考帧区域特征块和匹配帧区域特征块中对应特征点??之间的偏移量，以此确定当前匹配桢相对于参考巾贞的精确偏移量和相对于初始巾贞有略微??偏差的偏移量。??最后，如果当前匹配帧满足融合条件时，送入融合队列，和此时背景帧通过光流法??进行再配准，得到当前匹配帧相对起始点的精确偏移量，消除累计误差。??２．３基于ＦＦＴ改进的快速粗配准算法??相位相关法是利用快速傅里叶变换（Ｆａｓｔ?Ｆｏｕｒｉｅｒ?Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ，?ＦＦＴ）将空间域表不的??影像变换到频率域，通过频率域变换的性质，求取两幅图像之间的偏移量的算法。一直??以简单，快速而著称，适用于图像发生平移时候的偏移量计算，后面有学者加入了旋转??因子，使其适用于图像发生小角度旋转时的偏移量计算［４￣。由于本文的应用场景中只存??在平行移动，所以采用相位相关法作为快速粗配准算法。??由于计算机系统基于二进制系统实现，只能处理有限长的信号，需要使用离散域代??替连续域，通过在时域和频域都对傅里叶变换进行周期性采样实现离散傅里叶变换??（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ?ＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ，?ＤＦＴ）。ＤＦＴ也可以看作是
第．：章图像配准筧法原理??到／２（ｘ，ｙ），得到关系式（２－２）：??’２?（－＇＂，），）?＝?Ａ?卜－４，少－冬）?（２－２）??将公式（２－２）左右两边分别进行傅里叶变换，得到两幅图像在频率域的关系：??Ｆ２｛ｕ，ｖ）?＝?ｅ＂２，，（＂Ｊ＇＋ｖｄ＇）Ｆ］（ｕ，ｖ）?（２－３）??公式（２－３）中，／为虚数常量。根据公式（２－３）可以得到两幅图像的互功率谱／／（ｗ，ｖ）的表达??式（２－４）：??／／?（Ｗ，?Ｖ）?＝?１?＇?￣?ｒ?—－?Ｃ?（２－４）??公式（２－４）中ｇ（ｗ，ｖ）为６（ｗ，ｖ）的共轭复函数。在理想情况下，＂（ｗ，ｖ）的傳里叶逆变换是??一个狄利克雷脉冲函数，这个函数只在偏移量处数值不为〇。如图２．３所示，通??过寻找脉冲函数的峰值，可以得到配准帧相对于参考帧的偏移量４和??國??图２．３频谱图??由于在移动载物台的过程中，用于配准的图像可能会产生轻微模糊，即重合区域不??可能和参考图像一模一样，所以在真实计算中，傅里叶逆变换后会产生伪锋，且图片重??合区域越小，准确度越差。实验测得图片大小为２０４８ｘ１０８０时，由于将图像缩小十倍之??后再进行的配准，误差大概在３０像素以内，所需时间为ｌｍｓ。??２．４基于ＯＲＢ改进的精确配准算法??基于图像特征点匹配的配准算法是常见的匹配算法之一，具有精确、适用范围广的??特点。通常有以下五个步骤：提取图像中的显著特征点（角点、交叉点、高曲率点）：对??特征点周围信息进行提娶描述；通过一定的相似性准则和搜索法则，搜索在参考图像??１３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于形态学滤波的红外图像背景补偿[J]. 李武周,余锋,王冰,胡琥香,周长荣. 红外技术. 2016(04)
[2]基于区域对比度的图像清晰度评价算法[J]. 张亚涛,吉书鹏,王强锋,郭正玉. 应用光学. 2012(02)
[3]基于局部灰度值编码的图像匹配[J]. 冯宇平,赵文仓. 青岛科技大学学报(自然科学版). 2011(04)
[4]Moravec和Harris角点检测方法比较研究[J]. 卢瑜,郝兴文,王永俊. 计算机技术与发展. 2011(06)
[5]求解矩阵对策的直接线性规划法[J]. 白国仲,朱小琨. 武汉大学学报(理学版). 2010(05)
[6]一种快速高灵敏度聚焦评价函数[J]. 李郁峰,陈念年,张佳成. 计算机应用研究. 2010(04)
[7]视频监控中的图像拼接与合成算法研究[J]. 苗立刚. 仪器仪表学报. 2009(04)
[8]一种图像清晰度评价方法[J]. 徐贵力,刘小霞,田裕鹏,程月华,李鹏. 红外与激光工程. 2009(01)
[9]基于特征可分性的核函数自适应构造[J]. 任双桥,魏玺章,黎湘,庄钊文. 计算机学报. 2008(05)
[10]一种基于序贯相似性检测算法（SSDA）的加速算法[J]. 沈慧玲,戴本祁. 光电技术应用. 2006(04)
博士论文
[1]基于二值哈希和量化的近似最近邻搜索研究[D]. 王敏.中国科学技术大学 2019
硕士论文
[1]一种实时大视场图像拼接系统的设计[D]. 吴俊逸.华中科技大学 2017
[2]基于同态滤波的图像增强算法研究[D]. 程新.西安邮电大学 2016
[3]数字显微镜系统彩色图像信息处理的研究[D]. 严欣欣.浙江大学 2010
本文编号：3113614
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１配准流程图??首先，将参考帧和当前匹配帧缩小十倍，通过相位相关法对参考帧和当前匹配帧进??
浙江人学硕士学位论文??图ｔ块坐标加?参考帧中截?精配准中??上偏移量得到参一？収相同大小?一＋?参考帧的局?一Ｉ?????！?考帧对应坐标?的图像块?部图像块????匹配帧ｔ叠?积分法寻找细??????粗配准?一？区域进行拉—节最丰富的—?－＞?精配准??＿＿＿｜?｜普拉斯变换?｜局部图像块????精配准中??匹配帕的局????部图像块??图２．２取局部图像块流程图??然后，通过特征点匹配法计算参考帧区域特征块和匹配帧区域特征块中对应特征点??之间的偏移量，以此确定当前匹配桢相对于参考巾贞的精确偏移量和相对于初始巾贞有略微??偏差的偏移量。??最后，如果当前匹配帧满足融合条件时，送入融合队列，和此时背景帧通过光流法??进行再配准，得到当前匹配帧相对起始点的精确偏移量，消除累计误差。??２．３基于ＦＦＴ改进的快速粗配准算法??相位相关法是利用快速傅里叶变换（Ｆａｓｔ?Ｆｏｕｒｉｅｒ?Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ，?ＦＦＴ）将空间域表不的??影像变换到频率域，通过频率域变换的性质，求取两幅图像之间的偏移量的算法。一直??以简单，快速而著称，适用于图像发生平移时候的偏移量计算，后面有学者加入了旋转??因子，使其适用于图像发生小角度旋转时的偏移量计算［４￣。由于本文的应用场景中只存??在平行移动，所以采用相位相关法作为快速粗配准算法。??由于计算机系统基于二进制系统实现，只能处理有限长的信号，需要使用离散域代??替连续域，通过在时域和频域都对傅里叶变换进行周期性采样实现离散傅里叶变换??（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ?ＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ，?ＤＦＴ）。ＤＦＴ也可以看作是
第．：章图像配准筧法原理??到／２（ｘ，ｙ），得到关系式（２－２）：??’２?（－＇＂，），）?＝?Ａ?卜－４，少－冬）?（２－２）??将公式（２－２）左右两边分别进行傅里叶变换，得到两幅图像在频率域的关系：??Ｆ２｛ｕ，ｖ）?＝?ｅ＂２，，（＂Ｊ＇＋ｖｄ＇）Ｆ］（ｕ，ｖ）?（２－３）??公式（２－３）中，／为虚数常量。根据公式（２－３）可以得到两幅图像的互功率谱／／（ｗ，ｖ）的表达??式（２－４）：??／／?（Ｗ，?Ｖ）?＝?１?＇?￣?ｒ?—－?Ｃ?（２－４）??公式（２－４）中ｇ（ｗ，ｖ）为６（ｗ，ｖ）的共轭复函数。在理想情况下，＂（ｗ，ｖ）的傳里叶逆变换是??一个狄利克雷脉冲函数，这个函数只在偏移量处数值不为〇。如图２．３所示，通??过寻找脉冲函数的峰值，可以得到配准帧相对于参考帧的偏移量４和??國??图２．３频谱图??由于在移动载物台的过程中，用于配准的图像可能会产生轻微模糊，即重合区域不??可能和参考图像一模一样，所以在真实计算中，傅里叶逆变换后会产生伪锋，且图片重??合区域越小，准确度越差。实验测得图片大小为２０４８ｘ１０８０时，由于将图像缩小十倍之??后再进行的配准，误差大概在３０像素以内，所需时间为ｌｍｓ。??２．４基于ＯＲＢ改进的精确配准算法??基于图像特征点匹配的配准算法是常见的匹配算法之一，具有精确、适用范围广的??特点。通常有以下五个步骤：提取图像中的显著特征点（角点、交叉点、高曲率点）：对??特征点周围信息进行提娶描述；通过一定的相似性准则和搜索法则，搜索在参考图像??１３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于形态学滤波的红外图像背景补偿[J]. 李武周,余锋,王冰,胡琥香,周长荣. 红外技术. 2016(04)
[2]基于区域对比度的图像清晰度评价算法[J]. 张亚涛,吉书鹏,王强锋,郭正玉. 应用光学. 2012(02)
[3]基于局部灰度值编码的图像匹配[J]. 冯宇平,赵文仓. 青岛科技大学学报(自然科学版). 2011(04)
[4]Moravec和Harris角点检测方法比较研究[J]. 卢瑜,郝兴文,王永俊. 计算机技术与发展. 2011(06)
[5]求解矩阵对策的直接线性规划法[J]. 白国仲,朱小琨. 武汉大学学报(理学版). 2010(05)
[6]一种快速高灵敏度聚焦评价函数[J]. 李郁峰,陈念年,张佳成. 计算机应用研究. 2010(04)
[7]视频监控中的图像拼接与合成算法研究[J]. 苗立刚. 仪器仪表学报. 2009(04)
[8]一种图像清晰度评价方法[J]. 徐贵力,刘小霞,田裕鹏,程月华,李鹏. 红外与激光工程. 2009(01)
[9]基于特征可分性的核函数自适应构造[J]. 任双桥,魏玺章,黎湘,庄钊文. 计算机学报. 2008(05)
[10]一种基于序贯相似性检测算法（SSDA）的加速算法[J]. 沈慧玲,戴本祁. 光电技术应用. 2006(04)
博士论文
[1]基于二值哈希和量化的近似最近邻搜索研究[D]. 王敏.中国科学技术大学 2019
硕士论文
[1]一种实时大视场图像拼接系统的设计[D]. 吴俊逸.华中科技大学 2017
[2]基于同态滤波的图像增强算法研究[D]. 程新.西安邮电大学 2016
[3]数字显微镜系统彩色图像信息处理的研究[D]. 严欣欣.浙江大学 2010
本文编号：3113614
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