基于計算智能的圖像拼接系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

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1、基于計算智能的圖像拼接系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)　　摘要：圖像拼接技術(shù)是將相互間存在重疊區(qū)域的圖像序列實施配準(zhǔn)和融合，形成一幅包含各圖像信息的寬視野的、完整的、高分辨率的新圖像。在此基于該目的，依據(jù)計算智能構(gòu)建一個能夠完成具有相關(guān)性圖像配準(zhǔn)和融合的自動化軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)給出了詳細(xì)需求分析、功能設(shè)計、類設(shè)計和界面設(shè)計。通過一系列測試和分析，證明該系統(tǒng)具有很好的兼容性，并且能夠較好、較快地完成序列圖像的拼接。關(guān)鍵字：計算智能；圖像拼接；系統(tǒng)設(shè)計；自動化軟件：TN964?34：A：1004?373X（2013）12?0049?040引言隨著互聯(lián)X的迅猛發(fā)展，人們對圖像數(shù)據(jù)傳輸

2、的要求也越來越高，基于圖像拼接的方法逐漸獲得人們的青睞。然而由于原有的物理設(shè)備、光學(xué)成像設(shè)備獲取的圖像分辨率有限、很難實現(xiàn)全景拍攝等問題的困擾，人們便提出了基于圖形學(xué)的圖像拼接。而該技術(shù)同時也是基于圖像的繪制技術(shù)中的一項關(guān)鍵技術(shù)，目前在虛擬現(xiàn)實、計算機(jī)視覺等多個領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。所謂圖像拼接簡單地講就是將兩張相鄰并具有一定重疊區(qū)域的圖像無縫拼接在一起，是生成全景圖的關(guān)鍵技術(shù)，拼接算法直接影響到全景圖的真實感。圖像拼接主要是根據(jù)兩幅圖像重疊區(qū)域的相似度來實現(xiàn)的，其難點在于如何保證生成圖像的幾何性質(zhì)和顏色協(xié)調(diào)性。常見的圖像拼接算法主要分為3大類：基于面積、基于

3、特征和互信息測度的方法。基于面積的方法是指把一幅圖像中某一像素的像素值鄰域作為模板，在另一幅圖像中搜索具有相同（或相似）像素值分布的對應(yīng)點鄰域，從而確定兩幅圖像的重疊范圍。如Peleg和Herman的多重投影拼接方法就是典型的針對圖像重疊區(qū)域中的對應(yīng)相似灰度值進(jìn)行計算的?；谔卣鞯姆椒ㄒ话悴恢苯永脠D像像素值，而是通過像素值導(dǎo)出符號特征（如特征點、特征線段或邊緣特征等）實施匹配，該方法比面積法執(zhí)行速度快?；诨バ畔y度是近幾年提出的一種基于圖像熵的方法，該方法也同樣不直接利用圖像的灰度特征，而是利用兩幅圖像的灰度概率分布，通過求取其聯(lián)合概率分布而獲取他們之間

4、的聯(lián)合圖像熵，當(dāng)聯(lián)合熵最小時，聯(lián)合信息量最小，互信息量最大的原理，轉(zhuǎn)而利用極大化測度函數(shù)獲取兩幅圖像的重合區(qū)域。20世紀(jì)80年代中期，傳統(tǒng)人工智能在感知、理解、學(xué)習(xí)、聯(lián)想及形象思維等方面遇到了嚴(yán)重困難，經(jīng)典優(yōu)化算法在求解日益復(fù)雜的世紀(jì)工程問題時出現(xiàn)了很大的局限性。然而，隨著計算機(jī)容量和計算速度的不斷提高、大規(guī)模并行處理技術(shù)的產(chǎn)生和自身理論的逐步成熟，為計算智能技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展提供了條件和機(jī)遇。計算智能是從模擬自然界生物體系和生物智能現(xiàn)象發(fā)展而來的，用計算機(jī)模擬和再現(xiàn)生物的某些智能行為，并用于改造自然的工程實踐的一種新型人工智能研究領(lǐng)域。計算智能是一個內(nèi)蘊相當(dāng)

5、豐富的概念。本文是基于互信息測度的方法和計算智能算法構(gòu)造圖像拼接算法的，并依據(jù)該算法進(jìn)行圖像拼接系統(tǒng)設(shè)計。設(shè)計圖像拼接系統(tǒng)的初衷在于構(gòu)建一個圖像拼接算法的測試平臺，另外也能夠為實現(xiàn)高效、適用的全景拼接軟件進(jìn)行一系列思維上的探索。1圖像拼接系統(tǒng)的需求分析圖像拼接系統(tǒng)的主要功能是對具有相關(guān)性的圖像或序列圖像進(jìn)行拼接融合，計算相關(guān)圖像基于相關(guān)信息的拼接融合區(qū)域，并能夠輸出一幅無縫拼接的大視域、高分辨率的新圖像。而且能夠根據(jù)未來需求，預(yù)留出新的拼接算法接口。具體來講，圖像拼接系統(tǒng)應(yīng)該具有如下3類功能：（1）圖像校正與去噪。由于待拼接圖像或圖像序列都于攝像頭或視頻片段

6、，由于攝像機(jī)的曝光差異、旋轉(zhuǎn)縮放等原因會造成不同程度的噪聲。為此，必須對待拼接圖像進(jìn)行校正，盡可能地將扭曲圖像還原成真實圖像的大小和形狀，然后利用中值濾波器等實現(xiàn)噪聲剔除。（2）圖像匹配。圖像拼接的關(guān)鍵步驟之一是圖像匹配。所謂圖像匹配就是對參考圖像和待拼接圖像中的匹配信息進(jìn)行提取，在提取出的信息中尋找最佳的拼接區(qū)域，然后使參考圖像和待拼接圖像間對齊。在引言中已經(jīng)詳細(xì)討論了匹配的三類方法，本文將采用基于計算智能的互信息測度的方法實現(xiàn)圖像匹配。（3）圖像融合。圖像融合是實現(xiàn)圖像最終無縫拼接的重要步驟。在實際拼接過程中，一幅圖像的圖像區(qū)域過渡到另一幅圖像的圖像區(qū)域

7、，由于存在光照特性、拍照時間、位置等差異，兩個區(qū)域的表現(xiàn)不會完全相同，因此會出現(xiàn)躍變。圖像融合技術(shù)即是消除這種躍變的有效工具，即讓圖像自然過渡。2系統(tǒng)設(shè)計2.1功能設(shè)計2.2類關(guān)系設(shè)計（1）Form1類。這是系統(tǒng)的框架類，該系統(tǒng)是基于C#開發(fā)而成，即所有的視圖和框架都集中在類里面。其主要包括系統(tǒng)初始化Form（1）、系統(tǒng)載入Form1_Load（）。另外，菜單、工具欄等功能出發(fā)函數(shù)也都集中在該類里面實現(xiàn)。（2）Pragram類。Pragram是C#程序的程序入口，即main（）函數(shù)。利用這個類實現(xiàn)體系的啟動和退出。（3）Draer類。HiPerTimer這個

8、類是對系統(tǒng)Timer的一個擴(kuò)展，系統(tǒng)原有Timer時