專利名稱：基于力場(chǎng)轉(zhuǎn)換的異源圖像粗大邊緣檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像處理領(lǐng)域，更準(zhǔn)確地說本發(fā)明涉及可見光、紅外、SAR圖像等不同 分辨率異源圖像粗大邊緣檢測(cè)。
背景技術(shù)：
目前，異源圖像匹配研究中還存在著很多困難，特別是由于異源圖像成像機(jī)理差 異大(如光學(xué)與SAR圖像)、波段差異大(如可見光與長波紅外圖像)，難以獲得圖像在灰 度、亮度、顏色等特征上的共性特征。根據(jù)對(duì)異源圖像成像原理和典型異源圖像的分析發(fā) 現(xiàn)，異源圖像中對(duì)象間粗大邊緣是異源圖像間比較具有共性的特征。這些粗大邊緣是感興 趣目標(biāo)的重要特征，往往攜帶著圖像的大部分信息，這些邊緣能夠給出目標(biāo)的位置和形狀， 為人們描述或識(shí)別目標(biāo)以及解譯圖像提供了重要的特征信息。常用的邊緣檢測(cè)算法有梯度 法(Robert、Prewitt, Sobel和Canny算子)、模板匹配法以及變換域法等。先前專利2008101(^845. 6給出一種彩色圖像邊緣檢測(cè)方法。該專利根據(jù)彩色圖 像包含信息豐富的特點(diǎn)，首先將彩色圖像映射到不同的色彩空間；然后分別對(duì)各個(gè)色彩空 間中的圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)；最后將各個(gè)色彩空間中的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行融合獲得最終的邊緣檢 測(cè)結(jié)果。但是該專利的方法只適合于彩色圖像的邊緣檢測(cè)。先前專利201010152357. 3給出一種基于分?jǐn)?shù)階次信號(hào)處理的邊緣檢測(cè)方法。該 專利首先利用分?jǐn)?shù)階次求導(dǎo)算法對(duì)圖像中的每個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行梯度運(yùn)算，獲得各像素點(diǎn)的梯 度幅值；然后對(duì)梯度圖像進(jìn)行非極大值抑制；最后采用雙閾值方法判定目標(biāo)像素點(diǎn)是否為 像素點(diǎn)并連接邊緣，獲得最終的邊緣檢測(cè)結(jié)果。該專利的方法較好地提取了圖像中的邊緣， 但是邊緣檢測(cè)結(jié)果過于細(xì)膩，很難從中提取到有效的粗大邊緣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于力場(chǎng)轉(zhuǎn)換的異源圖像粗大邊緣檢測(cè)方法，對(duì)異源圖 像粗大邊緣提取，從而為描述或識(shí)別目標(biāo)以及解譯圖像提供重要的特征信息。本發(fā)明是采取以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的基于力場(chǎng)轉(zhuǎn)換的異源圖像粗大邊緣檢測(cè)方法，其特征在于包括以下步驟(1)根據(jù)萬有引力的概念和力的分解與合成，獲得圖像中像素點(diǎn)受到的合力的大 小和方向；(2)根據(jù)圖像中所有像素點(diǎn)所受合力的大小，歸一化計(jì)算每個(gè)像素點(diǎn)所受合力的 大??；(3)對(duì)歸一化后的圖像進(jìn)行二值化處理，獲得邊緣像素點(diǎn)及其鄰域所在的區(qū)域圖 像；(4)根據(jù)合力的方向和大小獲得最終的粗大邊緣點(diǎn)。前述的基于力場(chǎng)轉(zhuǎn)換的異源圖像粗大邊緣檢測(cè)方法，其特征在于在所述步驟 (1)中，圖像中像素點(diǎn)受到合力的大小和方向的計(jì)算包括以下步驟
(1)計(jì)算像素點(diǎn)受到鄰域中另外一點(diǎn)的引力，并根據(jù)引力的方向?qū)⒁ρ厮胶?垂直軸作分解；(2)將該點(diǎn)受到的全部其他引力在水平和垂直軸上分量求和；(3)將水平和垂直軸上得到的分量作矢量合成，得到該點(diǎn)最終受到的合力的大小 和方向。前述的基于力場(chǎng)轉(zhuǎn)換的異源圖像粗大邊緣檢測(cè)方法，其特征在于圖像被看作一 個(gè)力場(chǎng)，而力場(chǎng)的形成是通過假定圖像中的任意兩個(gè)像素點(diǎn)之間存在引力的作用，即圖像 中位置為r」的像素點(diǎn)受到位置為A的像素點(diǎn)的引力作用Fi (rj)，引力的大小與像素點(diǎn)A的 灰度值成正比，與像素點(diǎn)^點(diǎn)和像素點(diǎn)&點(diǎn)間的距離的平方成反比；引力的方向即兩點(diǎn)間 的連線方向。具體的矢量表示如下(D其中，I(ri)表示像素點(diǎn)A的灰度值；ri-rj的連線方向表示Fi(Tj)的矢量方向； IriTj表示兩像素點(diǎn)之間的距離。像素點(diǎn)h受到所有像素點(diǎn)的合力可表示為
NNΓ — ΓFirj)= Σ f^j)= Σ ^-^J(2)
'=W ,=W Id. I其中，N表示像素點(diǎn)ri鄰域中像素的個(gè)數(shù)；F(rj)的方向?yàn)镕i(Tj)的合力方向。前述的基于力場(chǎng)轉(zhuǎn)換的異源圖像粗大邊緣檢測(cè)方法，其特征在于在所述的步驟 (2)中，根據(jù)圖像中所有像素點(diǎn)所受合力的大小，歸一化計(jì)算每個(gè)像素點(diǎn)所受合力的大小。 由于異源圖像的灰度分布或成像設(shè)備的成像原理不同，根據(jù)力場(chǎng)轉(zhuǎn)換理論的原理可知力場(chǎng) 的大小也不相同。為了去除灰度分布或成像設(shè)備的成像原理不同對(duì)力場(chǎng)大小的影響，在計(jì) 算每個(gè)像素點(diǎn)所受合力大小后對(duì)其進(jìn)行歸一化處理，將不同圖像的邊緣所在區(qū)域突現(xiàn)出 來，歸一化公式為/(0) = /(0):穴、255(3)
y max 乂 min其中，f(rj)表示像素點(diǎn)r」受到合力的大小，fmax、fmin分別表示一幅圖像中所有像 素點(diǎn)合力的最大值和最小值，f' (rj)為歸一化后像素點(diǎn)r」受到合力的大小。前述的基于力場(chǎng)轉(zhuǎn)換的異源圖像粗大邊緣檢測(cè)方法，其特征在于在所述的步驟 (4)中，其合力方向的離散表示中，在離散量個(gè)數(shù)較多的情況下，可以提高檢測(cè)精度；在離 散量個(gè)數(shù)較少的情況下，可以提高抑制噪聲的能力，兼顧定位準(zhǔn)確和抑制噪聲的要求，所述 的力場(chǎng)方向表示為8個(gè)離散量。前述的基于力場(chǎng)轉(zhuǎn)換的異源圖像粗大邊緣檢測(cè)方法，其特征在于在所述的步驟 (4)中，根據(jù)合力的方向和大小獲得最終的粗大邊緣點(diǎn)。即當(dāng)像素點(diǎn)處于粗大邊緣處時(shí)，該 點(diǎn)力場(chǎng)方向所指區(qū)域的像素灰度值基本一致，力場(chǎng)相反方向所指區(qū)域的像素灰度值也基本 一致，但這兩個(gè)區(qū)域之間的像素灰度值不同；當(dāng)該像素點(diǎn)處于圖像粗大邊緣處時(shí)，該點(diǎn)的所 受合力為力場(chǎng)方向上的最大值。因此，在邊緣像素點(diǎn)所在的區(qū)域圖像中，以力場(chǎng)方向上力場(chǎng) 大小最大值所在的像素點(diǎn)表示為圖像的粗大邊緣，獲得最終的粗大邊緣點(diǎn)。至此，一個(gè)完整的基于力場(chǎng)轉(zhuǎn)換的異源圖像邊緣檢測(cè)過程執(zhí)行完畢。本發(fā)明根據(jù)粗大邊緣像素點(diǎn)的合力大小和方向特征，較好地獲得了圖像的粗大邊緣，為邊緣檢測(cè)提供了一個(gè)新的解決思路和方法。


圖1為本發(fā)明基于力場(chǎng)轉(zhuǎn)換的異源圖像邊緣檢測(cè)算法流程圖；圖2為力的合成示意圖；圖3為力場(chǎng)方向圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。參照?qǐng)D1，基于力場(chǎng)轉(zhuǎn)換的異源圖像粗大邊緣檢測(cè)方法包括以下步驟第一步，根據(jù)萬有引力的概念和力的分解與合成，獲得圖像中像素點(diǎn)受到的合力 的大小和方向；第二步，根據(jù)圖像中所有像素點(diǎn)所受合力的大小，歸一化計(jì)算每個(gè)像素點(diǎn)所受合 力的大??；第三步，對(duì)歸一化后的圖像進(jìn)行二值化處理，獲得邊緣像素點(diǎn)及其鄰域所在的區(qū) 域圖像；第四步，根據(jù)合力的方向和大小獲得最終的粗大邊緣點(diǎn)。為了描述圖像的灰度分布情況，圖像被看作一個(gè)力場(chǎng)，而力場(chǎng)的形成是通過假定 圖像中的任意兩個(gè)像素點(diǎn)之間存在引力的作用，即圖像中位置為h的像素點(diǎn)受到位置為A 的像素點(diǎn)的引力作用Fi(Tj)，引力的大小與像素點(diǎn)A的灰度值成正比，與像素點(diǎn)A和像素 點(diǎn)r」間的距離的平方成反比；引力的方向即兩點(diǎn)間的連線方向。具體的矢量表示如下巧(O)=7㈨⑴其中，Kri)表示像素點(diǎn)A的灰度值；m.的連線方向表示Fi (rj)的矢量方向； IriTj表示兩像素點(diǎn)之間的距離。像素點(diǎn)h受到所有像素點(diǎn)的合力可表示為
NNΓ — ΓFirj)= Σ f^j)= Σ ^-^J(2)
'=W ,=W Id. I其中，N表示像素點(diǎn)ri鄰域中像素的個(gè)數(shù)；F(rj)的方向?yàn)镕i(Tj)的合力方向。參照?qǐng)D2，像素點(diǎn)r」所受合力的計(jì)算包括以下步驟第一步，計(jì)算該點(diǎn)受到鄰域中另外一點(diǎn)的引力，并根據(jù)引力的方向?qū)⒁Ψ謩e沿 水平和垂直軸作分解，如圖2所示；第二步，將該點(diǎn)受到的全部其他引力在水平和垂直軸上分量求和；第三步，將水平和垂直軸上得到的分量作矢量合成，得到該點(diǎn)最終受到的合力的 大小和方向。由于光照或成像設(shè)備的成像原理不同，使得獲得圖像的灰度大小不同，根據(jù)力場(chǎng) 轉(zhuǎn)換理論的原理可知力場(chǎng)的大小也不相同。為了去除光照或成像設(shè)備的成像原理不同對(duì)力 場(chǎng)大小的影響，在計(jì)算每個(gè)像素點(diǎn)所受合力大小后對(duì)其進(jìn)行歸一化處理，將不同圖像的邊 緣所在區(qū)域突現(xiàn)出來。歸一化如式C3)所示
權(quán)利要求
1.基于力場(chǎng)轉(zhuǎn)換的異源圖像粗大邊緣檢測(cè)方法，其特征在于包括以下步驟(1)根據(jù)萬有引力的概念和力的分解與合成，獲得圖像中像素點(diǎn)受到的合力的大小和 方向；(2)根據(jù)圖像中所有像素點(diǎn)所受合力的大小，歸一化計(jì)算每個(gè)像素點(diǎn)所受合力的大(3)對(duì)歸一化后的圖像進(jìn)行二值化處理，獲得邊緣像素點(diǎn)及其鄰域所在的區(qū)域圖像；(4)根據(jù)合力的方向和大小獲得最終的粗大邊緣點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于力場(chǎng)轉(zhuǎn)換的異源圖像粗大邊緣檢測(cè)方法，其特征在于 在所述步驟(1)中，圖像中像素點(diǎn)受到合力的大小和方向的計(jì)算包括以下步驟(1)計(jì)算像素點(diǎn)受到鄰域中另外一點(diǎn)的引力，并根據(jù)引力的方向?qū)⒁ρ厮胶痛怪?軸作分解；(2)將該點(diǎn)受到的全部其他引力在水平和垂直軸上分量求和；(3)將水平和垂直軸上得到的分量作矢量合成，得到該點(diǎn)最終受到的合力的大小和方向。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于力場(chǎng)轉(zhuǎn)換的異源圖像粗大邊緣檢測(cè)方法，其特征在于 圖像被看作一個(gè)力場(chǎng)，而力場(chǎng)的形成是通過假定圖像中的任意兩個(gè)像素點(diǎn)之間存在引力的 作用，即圖像中位置為r」的像素點(diǎn)受到位置為A的像素點(diǎn)的引力作用Fi (rj)，引力的大小 與像素點(diǎn)A的灰度值成正比，與像素點(diǎn)A和像素點(diǎn)h點(diǎn)間的距離的平方成反比；引力的方 向即兩點(diǎn)間的連線方向，具體的矢量表示為
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于力場(chǎng)轉(zhuǎn)換的異源圖像粗大邊緣檢測(cè)方法，其特征在于 在所述的步驟O)中，歸一化公式為
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于力場(chǎng)轉(zhuǎn)換的異源圖像粗大邊緣檢測(cè)方法，其特征在于 在所述的步驟中，其合力方向的離散表示中，力場(chǎng)方向表示為8個(gè)離散量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的基于力場(chǎng)轉(zhuǎn)換的異源圖像粗大邊緣檢測(cè)方法，其特征在 于在所述的步驟中，在邊緣像素點(diǎn)所在的區(qū)域圖像中，以力場(chǎng)方向上力場(chǎng)大小最大值 所在的像素點(diǎn)表示為圖像的粗大邊緣，獲得最終的粗大邊緣點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于力場(chǎng)轉(zhuǎn)換的異源圖像粗大邊緣檢測(cè)方法。其特征在于包括以下步驟首先，根據(jù)引力概念計(jì)算圖像中各像素點(diǎn)受到合力的大小和方向；其次，為了去除異源圖像灰度分布不同的影響，對(duì)圖像中像素點(diǎn)所受合力的大小進(jìn)行歸一化處理；然后，對(duì)歸一化后的圖像進(jìn)行二值化分割以獲得邊緣像素點(diǎn)所在的區(qū)域；最后，通過實(shí)驗(yàn)研究粗大邊緣像素點(diǎn)的合力大小和方向特征，由此得到了粗大邊緣點(diǎn)的確定方法。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了異源圖像間的粗大邊緣邊緣檢測(cè)，較好地提取了異源圖像間的共性特征，為異源圖像間的匹配奠定了基礎(chǔ)。
文檔編號(hào)G06K9/46GK102117410SQ20111006520
公開日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2011年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月17日
發(fā)明者葉永強(qiáng), 徐貴力, 曹傳東, 王彪, 趙妍 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)