圖像配準(zhǔn)論文

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1、圖像配準(zhǔn)是圖像處理的基本任務(wù)之一，用于將不同時(shí)間、不同傳感器、不同視角及不同拍攝條件下獲取的兩幅或多幅圖像進(jìn)行(主要是幾何意義上的)匹配。圖像配準(zhǔn)是多種圖像處理及應(yīng)用的基礎(chǔ)，配準(zhǔn)效果將直接影響到其后續(xù)圖像處理工作的效果。多模態(tài)醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)在疾病的診斷及治療中有著重要應(yīng)用，它的研究是醫(yī)學(xué)圖像處理領(lǐng)域的熱點(diǎn)。基于互信息的配準(zhǔn)方法可以不依賴于圖像本身灰度，并具有魯棒性好，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)校準(zhǔn)等優(yōu)點(diǎn)，因此本文主要針對基于互信息的多模態(tài)醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)方法進(jìn)行深入研究。從圖像配準(zhǔn)的框架入手，著重研究了基于最大互信息的配準(zhǔn)方法，分析了互信息作為配準(zhǔn)的測度函數(shù)具有的優(yōu)點(diǎn)和存在的缺點(diǎn)。為了加快配準(zhǔn)速度，針對互信息計(jì)算量

2、大和存在局部極值的問題，本文集中于優(yōu)化策略的研究，在一般優(yōu)化算法的討論分析基礎(chǔ)之上，提出了改進(jìn)的優(yōu)化算法，針對一般Powell法不考慮線性無關(guān)問題，本設(shè)計(jì)采用了改進(jìn)后的Powell法，可以使搜索方向線性無關(guān)，共軛程度增加。還引入了PSO優(yōu)化搜索算法與Powell算法進(jìn)行比較。最后通過仿真做定性和定量分析。1引言1.1論文背景和意義應(yīng)用（一直以來圖像配準(zhǔn)技術(shù)就是一個(gè)值得研究的有意義的方向。圖像配準(zhǔn)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)圖像分析、遙感數(shù)據(jù)分析與計(jì)算機(jī)視覺等領(lǐng)域。在醫(yī)學(xué)圖像分析中，圖像配準(zhǔn)技術(shù)可用于跟蹤腫瘤的放射治療效果，研究人腦功能和個(gè)體差異，輔助診斷神經(jīng)系統(tǒng)疾病等；利用圖像配準(zhǔn)技術(shù)分割腦核磁共振(

3、MRI)圖像，重建大腦的3D結(jié)構(gòu)。按照成像模式圖像配準(zhǔn)可以分為單模配準(zhǔn)和多模配準(zhǔn)。前者是指用不同成像設(shè)備獲取兩幅或多幅待配準(zhǔn)圖像。它是針對不同線程、不同時(shí)間、不同成像模式的兩幅或多幅圖像進(jìn)行空間幾何變換，以使代表相同解剖結(jié)構(gòu)的體素在幾何上能夠匹配對應(yīng)起來。多模態(tài)圖像配準(zhǔn)在醫(yī)學(xué)研究中具有極為重要的應(yīng)用價(jià)值，隨著科技的發(fā)展，醫(yī)學(xué)分析和診斷多利用多模態(tài)圖像，尤其醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)圖像處理技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)重要方面，它是圖像融合的第一步。不同傳感器所具有的特點(diǎn)不同，為了將多源圖像進(jìn)行有效地組織，發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，我們必須先研究各種傳感器所具有的特點(diǎn)，針對這些傳感器不同的特點(diǎn)，進(jìn)行優(yōu)勢互補(bǔ)，幫助我們所獲多

4、源圖像進(jìn)行解譯。不同模態(tài)的圖像成像原理不同，而且提供的信息針對性也不同。臨床上根據(jù)圖像提供的信息內(nèi)容將醫(yī)學(xué)圖像分為兩大類:一類圖像用于描述生理形態(tài)的解剖結(jié)構(gòu)的解剖圖像，另一類圖像用于描述生理代謝或功能信息的功能圖像。前者包括計(jì)算機(jī)X射線斷層成像(簡稱CT)、核磁共振成像(簡稱MR)、超聲成像(簡稱US)和B型超聲檢查(簡稱B超)等。這類圖像能準(zhǔn)確反映人體器官的解剖結(jié)構(gòu)信息并且有較高的分辨率，但是不能清晰地反映生理的功能信息。功能圖像包括正電子發(fā)射斷層成像(簡稱PET)、功能磁共振成像(簡稱FMR)和單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像(簡稱SPECT)等。這類圖像雖然能夠提供臟器的功能代謝信息，但是它在反

5、映人體器官的解剖結(jié)構(gòu)信息時(shí)分辨率較差。在醫(yī)學(xué)應(yīng)用中，單一模態(tài)的圖像往往難以提供足夠的病理信息，醫(yī)生為了獲得病人多方面的信息常常需要將同一病人的多種成像模式的圖片綜合起來進(jìn)行分析，如在CT上觀察骨組織，在MR上觀察軟組織;利用PET、SPECT獲得功能信息，再綜合CT、MR的解剖信息分析。這就是圖像融合，這種把各種成像模式的圖像信息融合成一種新的影像模式的圖像融合技術(shù)，將同一或不同研究對象獲得的相同模態(tài)或不同模態(tài)的圖像在空間位齊，加工利用多元信息，使不同形式的信息互相補(bǔ)充，最終目的是并將不同圖像中的有用信息集成到一幅圖像中，以便改善單一成像系統(tǒng)所形成的圖像質(zhì)量，以獲取對同一場景的更為精確、更為客

6、觀、更為全面、更為可靠的圖像描述。）經(jīng)過融合后的圖像互補(bǔ)了各種單一模式圖像信息的不足。而在圖像融合之前首先要解決圖像的配準(zhǔn)問題，配準(zhǔn)結(jié)果的好壞直接影響圖像融合的質(zhì)量。因此，醫(yī)生要想全面的了解病變組織的情況，必須準(zhǔn)確的對多幅圖像進(jìn)行配準(zhǔn)才能融合，進(jìn)而制定出更加合理的治療方案。）配準(zhǔn)意義（隨著現(xiàn)代科技的迅速發(fā)展和新型傳感器的不斷涌現(xiàn)，人們獲取圖像數(shù)據(jù)的能力不斷提高。由于不同物理特性的傳感器所產(chǎn)生的圖像不斷增多，同一地區(qū)往往可以獲得大量不同尺度、不同光譜、不同時(shí)相的多源圖像數(shù)據(jù)信息。在利用多源圖像信息進(jìn)行數(shù)據(jù)融合、目標(biāo)變化檢測、目標(biāo)識別等多源協(xié)同處理工作之前，必須進(jìn)行多源圖像配準(zhǔn)工作，配準(zhǔn)精度的高低

7、直接影響到后續(xù)應(yīng)用效果的好壞。所以，如何對圖像進(jìn)行高精度的配準(zhǔn)一直是圖像處理領(lǐng)域的熱點(diǎn)與重點(diǎn)。)1.2圖像配準(zhǔn)技術(shù)研究現(xiàn)狀早在七十年代美國從事的飛行器輔助導(dǎo)航系統(tǒng)、武器投射系統(tǒng)的末制導(dǎo)以及尋地等應(yīng)用研究中就提出了圖像配準(zhǔn)。八十年代后，像遙感領(lǐng)域，模式識別，醫(yī)學(xué)診斷，自動(dòng)導(dǎo)航，計(jì)算機(jī)視覺等很多不同領(lǐng)域都有大量配準(zhǔn)技術(shù)的研究。70年代，為提高配準(zhǔn)的速度性能EE．AnutaIll就提出了使用FFT進(jìn)行互