實用技巧：讓圖像拼接縫無影無蹤
1 引言
圖像鑲嵌技術(shù)（mosai ）是圖像融合技術(shù)的一種，一般指的是同種類型圖像的融合。他把多幅具有重疊信息部分的圖像銜接在一起，得到一幅完整的、范圍更大的圖像，并且去除其中的冗余信息。圖像鑲嵌技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛。例如，虛擬現(xiàn)實中的全景圖顯示及遙感圖像的處理等領(lǐng)域，都有廣泛的應(yīng)用。圖像鑲嵌的評價標(biāo)準(zhǔn)是鑲嵌后得到的圖像，不但具有良好的視覺效果，而且還要盡可能地保持圖像光譜特征。通俗地說，就是鑲嵌的圖像越“無縫”，效果就越好。當(dāng)然，這里的“無縫”，不是絕對意義上的，而是人眼分辨力以內(nèi)的“無縫”。
一般情況下，進(jìn)行圖像拼接時，在拼接的邊界上，不可避免地會產(chǎn)生拼接縫。這是因為兩幅待拼接圖像在灰度上的細(xì)微差別都會導(dǎo)致明顯的拼接縫。而在實際的成像過程中，這種細(xì)微差別很難避免。因此圖像鑲嵌技術(shù)的難點就在于準(zhǔn)確尋找圖像之間的位置關(guān)系，并把兩幅以上的圖像平滑地銜接在一起，獲取一幅全局的圖像。本文的基本思想就是突破以往在尋找拼接線時，只要找到一個最佳拼接點，以此點做一條直線作為拼接線的不合理性，而是取一個閉值，在閉值范圍內(nèi)尋找出每個拼接點，把這些點連成的折線作為拼接線，進(jìn)行拼接。
2 拼接縫消除的方法
傳統(tǒng)的拼接縫消除的方法有很多，其中用得較多的方法有；中值濾波法、利用小波變換的方法、加權(quán)平均法等
2 . 1 中值濾波法消除拼接縫
中值濾波法是對接縫附近的區(qū)域進(jìn)行中值濾波。對與周圍灰度值差比較大的象素取與周圍象素接近的值，從而消除光強(qiáng)的不連續(xù)性。中值濾波器處理接縫附近的狹長地帶。該方法速度快，但質(zhì)量一般。平滑的結(jié)果會使圖像的分辨率下降，使圖像細(xì)節(jié)分辨不出，產(chǎn)生圖像模糊。
2 . 2 利用小波變換的方法消除拼接縫
小波變換方法也是目前比較常用的一種方法，他充分利用小波變換的多分辨率特性，很好地解決了拼接圖像的接縫問題。其原理為：由于小波變換具有帶通濾波器的性質(zhì)，在不同尺度下的小波變換分量，實際上占有一定的頻寬，尺度j 越大，該分量的頻率越高，因此每一個小波分量所具有的頻寬不大，把要拼接的兩幅圖像先按小波分解的方法將他們分解成不同頻率的小波分量，只要分解得足夠細(xì)，小波分量的頻寬就能足夠小。然后在不同尺度下，選取不同的拼接寬度，把2 個圖像按不同尺度下的小波分量先拼接下來，然后再用恢復(fù)程序，恢復(fù)到整個圖像。這樣得到的圖像可以很好地兼顧清晰度和光滑度2 個方面的要求。但是，小波變換也存在缺點，如小波變換的算法比較復(fù)雜，需要在小波變換域內(nèi)先進(jìn)行拼接處理，在計算過程中涉及到大量的浮點運算和邊界處理問題，對實際生產(chǎn)中的大容量圖像進(jìn)行處理時計算機(jī)內(nèi)存開銷很大，且處理時間較長，拼接速度慢。
2 . 3 利用加權(quán)平滑的方法消除拼接縫
在實際中，使用較多的方法還有對重疊區(qū)域進(jìn)行加權(quán)平滑的方法。這種方法的思路是：圖像重疊區(qū)域中象素點的灰度值Pixel 由兩幅圖像中對應(yīng)點的灰度值LPixel 和RPixel 加權(quán)平均得到，即：
P ixel 一k X LPixel + ( l 一k ) X RPixel 其中：k 是漸變因子，滿足條件：o < k < 1 ，在重疊區(qū)域中，按照從左圖像到右圖像的方向，k 由1 漸變至0 ，由此實現(xiàn)了在重疊區(qū)域中由左邊重疊區(qū)慢慢過渡到右邊重疊區(qū)的平滑拼接。
尋找最佳拼接線時，采用一個滑動窗口在圖像重疊區(qū)上逐行選擇灰度值差異最小的象元作為最佳拼接點。但是，如果按照這種拼接點選擇法，會出現(xiàn)一個新問題，就是往往會出現(xiàn)上下行拼接點位置相差較遠(yuǎn)的現(xiàn)象，這樣拼接后有時因上下行之間灰度差異較大而造成新的接縫。為避免這類現(xiàn)象發(fā)生，不僅要考慮相鄰拼接點的灰度值差異，而且還要考慮相鄰拼接點的位置不能太遠(yuǎn)。這樣就引進(jìn)了一個闌值T ，把選擇最佳拼接點的范圍限制在這個闌值內(nèi)。除第一行按灰度值差異最小的原則處理外，其他各行的拼接點從一個選定區(qū)域中選取：即與上一行所選拼接點同列的點及以該點為中心左右寬度為T 的區(qū)域中的點。在這個區(qū)域中選取一個最佳拼接點。選出每行的拼接點后連接成一條拼接線，可想而知，這條拼接線可能是條折線。這樣，由于各行都是選擇規(guī)定鄰域內(nèi)灰度差異最小的點作為拼接點，接縫現(xiàn)象就會得到很大的改觀。同時，T 的值又不能選取得太大，應(yīng)在1 一5 之間選取為佳。找出最佳拼接縫后，按前面所述的加權(quán)平滑對重疊區(qū)域再進(jìn)行過渡，得到的圖像質(zhì)量有很大改觀。
圖像鑲嵌技術(shù)（mosai ）是圖像融合技術(shù)的一種，一般指的是同種類型圖像的融合。他把多幅具有重疊信息部分的圖像銜接在一起，得到一幅完整的、范圍更大的圖像，并且去除其中的冗余信息。圖像鑲嵌技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛。例如，虛擬現(xiàn)實中的全景圖顯示及遙感圖像的處理等領(lǐng)域，都有廣泛的應(yīng)用。圖像鑲嵌的評價標(biāo)準(zhǔn)是鑲嵌后得到的圖像，不但具有良好的視覺效果，而且還要盡可能地保持圖像光譜特征。通俗地說，就是鑲嵌的圖像越“無縫”，效果就越好。當(dāng)然，這里的“無縫”，不是絕對意義上的，而是人眼分辨力以內(nèi)的“無縫”。
一般情況下，進(jìn)行圖像拼接時，在拼接的邊界上，不可避免地會產(chǎn)生拼接縫。這是因為兩幅待拼接圖像在灰度上的細(xì)微差別都會導(dǎo)致明顯的拼接縫。而在實際的成像過程中，這種細(xì)微差別很難避免。因此圖像鑲嵌技術(shù)的難點就在于準(zhǔn)確尋找圖像之間的位置關(guān)系，并把兩幅以上的圖像平滑地銜接在一起，獲取一幅全局的圖像。本文的基本思想就是突破以往在尋找拼接線時，只要找到一個最佳拼接點，以此點做一條直線作為拼接線的不合理性，而是取一個閉值，在閉值范圍內(nèi)尋找出每個拼接點，把這些點連成的折線作為拼接線，進(jìn)行拼接。
2 拼接縫消除的方法
傳統(tǒng)的拼接縫消除的方法有很多，其中用得較多的方法有；中值濾波法、利用小波變換的方法、加權(quán)平均法等
2 . 1 中值濾波法消除拼接縫
中值濾波法是對接縫附近的區(qū)域進(jìn)行中值濾波。對與周圍灰度值差比較大的象素取與周圍象素接近的值，從而消除光強(qiáng)的不連續(xù)性。中值濾波器處理接縫附近的狹長地帶。該方法速度快，但質(zhì)量一般。平滑的結(jié)果會使圖像的分辨率下降，使圖像細(xì)節(jié)分辨不出，產(chǎn)生圖像模糊。
2 . 2 利用小波變換的方法消除拼接縫
小波變換方法也是目前比較常用的一種方法，他充分利用小波變換的多分辨率特性，很好地解決了拼接圖像的接縫問題。其原理為：由于小波變換具有帶通濾波器的性質(zhì)，在不同尺度下的小波變換分量，實際上占有一定的頻寬，尺度j 越大，該分量的頻率越高，因此每一個小波分量所具有的頻寬不大，把要拼接的兩幅圖像先按小波分解的方法將他們分解成不同頻率的小波分量，只要分解得足夠細(xì)，小波分量的頻寬就能足夠小。然后在不同尺度下，選取不同的拼接寬度，把2 個圖像按不同尺度下的小波分量先拼接下來，然后再用恢復(fù)程序，恢復(fù)到整個圖像。這樣得到的圖像可以很好地兼顧清晰度和光滑度2 個方面的要求。但是，小波變換也存在缺點，如小波變換的算法比較復(fù)雜，需要在小波變換域內(nèi)先進(jìn)行拼接處理，在計算過程中涉及到大量的浮點運算和邊界處理問題，對實際生產(chǎn)中的大容量圖像進(jìn)行處理時計算機(jī)內(nèi)存開銷很大，且處理時間較長，拼接速度慢。
2 . 3 利用加權(quán)平滑的方法消除拼接縫
在實際中，使用較多的方法還有對重疊區(qū)域進(jìn)行加權(quán)平滑的方法。這種方法的思路是：圖像重疊區(qū)域中象素點的灰度值Pixel 由兩幅圖像中對應(yīng)點的灰度值LPixel 和RPixel 加權(quán)平均得到，即：
P ixel 一k X LPixel + ( l 一k ) X RPixel 其中：k 是漸變因子，滿足條件：o < k < 1 ，在重疊區(qū)域中，按照從左圖像到右圖像的方向，k 由1 漸變至0 ，由此實現(xiàn)了在重疊區(qū)域中由左邊重疊區(qū)慢慢過渡到右邊重疊區(qū)的平滑拼接。
尋找最佳拼接線時，采用一個滑動窗口在圖像重疊區(qū)上逐行選擇灰度值差異最小的象元作為最佳拼接點。但是，如果按照這種拼接點選擇法，會出現(xiàn)一個新問題，就是往往會出現(xiàn)上下行拼接點位置相差較遠(yuǎn)的現(xiàn)象，這樣拼接后有時因上下行之間灰度差異較大而造成新的接縫。為避免這類現(xiàn)象發(fā)生，不僅要考慮相鄰拼接點的灰度值差異，而且還要考慮相鄰拼接點的位置不能太遠(yuǎn)。這樣就引進(jìn)了一個闌值T ，把選擇最佳拼接點的范圍限制在這個闌值內(nèi)。除第一行按灰度值差異最小的原則處理外，其他各行的拼接點從一個選定區(qū)域中選取：即與上一行所選拼接點同列的點及以該點為中心左右寬度為T 的區(qū)域中的點。在這個區(qū)域中選取一個最佳拼接點。選出每行的拼接點后連接成一條拼接線，可想而知，這條拼接線可能是條折線。這樣，由于各行都是選擇規(guī)定鄰域內(nèi)灰度差異最小的點作為拼接點，接縫現(xiàn)象就會得到很大的改觀。同時，T 的值又不能選取得太大，應(yīng)在1 一5 之間選取為佳。找出最佳拼接縫后，按前面所述的加權(quán)平滑對重疊區(qū)域再進(jìn)行過渡，得到的圖像質(zhì)量有很大改觀。
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