【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 取線特征的過(guò)程可分為兩步：首先，抽取反映灰度變化的基本單元——邊緣。其次，再將這些不連續(xù)的邊緣片段連接或者編組為有意義的線狀特征。通常，稱前者為邊緣檢測(cè)，后者為邊緣連接。常用的邊緣檢測(cè)方法有Roberts算子、Laplacian算子、Sobel算子、Prewitt算子等。邊緣連接算法可分為局部邊緣連接算法和全局邊緣連接算法。基于點(diǎn)特征的圖像配準(zhǔn)算法具有較強(qiáng)的有效性和可靠性，然而，當(dāng)待配準(zhǔn)圖像和標(biāo)準(zhǔn)圖像之間存在較大的幾何差異時(shí)，點(diǎn)特征的提取很困難?；诰€特征的圖像配準(zhǔn)算法能夠有效地解決這個(gè)缺陷，以下介紹兩種基于線特征的算法：(1)局部邊緣連接算法鏈碼描述子是一種典型的局部邊緣連接算法，它在一個(gè)局部領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行連接操作，包括標(biāo)注和連接兩步。鏈碼首先是由美國(guó)學(xué)者Freeman提出的，所以鏈碼有時(shí)又被稱為Freeman碼。它實(shí)際上是一串方向符號(hào)的序列。在數(shù)字圖像中，圖像的邊緣點(diǎn)實(shí)際上是一些離散的像素點(diǎn)，除圖像邊界上的點(diǎn)外，所有的像素點(diǎn)都有8個(gè)相鄰的點(diǎn)與之連接。如果將這8個(gè)點(diǎn)的連接方向用方向符號(hào)來(lái)代替，再沿邊緣方向依次記錄每?jī)牲c(diǎn)間的連接方向，就可得到邊緣輪廓的方向鏈碼。(2)全局邊緣連接算法Hough變換是最常用的全局邊緣連接算法，它能夠?qū)⑦吘墮z測(cè)算子抽取出的圖像邊緣像素連接起來(lái)組成的區(qū)域封閉的邊界。Hough變換的主要優(yōu)點(diǎn)是：對(duì)圖像的局部缺損不敏感，受噪聲的影響較小。Hough變換的基本思想是點(diǎn)——線的對(duì)偶性。圖像變換前在圖像空間，變換后在參數(shù)空間，將笛卡爾坐標(biāo)系（圖像空間）中的線變換成斜率——截距坐標(biāo)空間中的點(diǎn)，或極坐標(biāo)（參數(shù)空間）中的點(diǎn)，即原始圖像中給定性質(zhì)的曲線或直線上的所有點(diǎn)都集中到參數(shù)空間的某個(gè)點(diǎn)上形成峰值。這樣，就把原始圖像中給定形狀的曲線或直線的檢測(cè)問(wèn)題，變成了尋找參數(shù)空間中的峰值問(wèn)題，也即把檢測(cè)整體特性（給定曲線的點(diǎn)集）變成檢測(cè)局部特性的問(wèn)題。將兩幅圖像進(jìn)行Harris角點(diǎn)檢測(cè)后，分別得到角點(diǎn)對(duì)應(yīng)與該圖像的坐標(biāo)位置，以該坐標(biāo)位置為中心，分別取其附近的8個(gè)像素值，然后進(jìn)行與另一幅圖像進(jìn)行匹配，找出距離最小的點(diǎn)作為匹配點(diǎn)。接著，將圖像一中的角點(diǎn)1與圖像二中的所有角點(diǎn)進(jìn)行相減，得到一個(gè)最小誤差值，并記錄下該位置，這樣依次將圖像一中的角點(diǎn)2，角點(diǎn)3一直到最后的角點(diǎn)都進(jìn)行相減，即可得到兩幅圖像之間的最佳匹配點(diǎn)。對(duì)已經(jīng)找出的匹配點(diǎn)，在圖像上進(jìn)行顯示，這樣有利于人眼判斷該算法是否匹配正確。通過(guò)篩選角點(diǎn)的步驟后，在剩下為數(shù)不多的角點(diǎn)中，選擇兩對(duì)正確的匹配角點(diǎn)對(duì)，為圖像拼接建立起橋梁。利用MATLAB編程實(shí)現(xiàn)這部分的功能，程序代碼詳見(jiàn)附錄，MATLAB仿真顯示結(jié)果如圖31所示：圖31 匹配角點(diǎn)對(duì)的MATLAB實(shí)現(xiàn)顯示圖圖像拼接，是設(shè)計(jì)的最后關(guān)鍵步驟，利用角點(diǎn)檢測(cè)后篩選得到的兩對(duì)匹配角點(diǎn)對(duì)，把兩幅圖像拼接完成，將配準(zhǔn)后的圖像進(jìn)行無(wú)縫縫合[14]，需要對(duì)重疊區(qū)域重新設(shè)定數(shù)據(jù)值，在保證縫合處色調(diào)自然基礎(chǔ)上，保證信息損失量達(dá)到最小，目的是使處理后的最終結(jié)果能夠自然過(guò)渡，縫合的邊界更加平滑，最后顯示出完整的全景圖像。利用圖像配準(zhǔn)過(guò)程中找到的匹配角點(diǎn)對(duì)，通過(guò)MATLAB編程，實(shí)現(xiàn)圖像拼接，使最后的完整全景圖像顯示出來(lái)。程序代碼詳見(jiàn)附錄，MATLAB仿真結(jié)果顯示如圖32所示：圖32 圖像拼接——全景顯示圖 本章小結(jié)本章的工作是對(duì)圖像配準(zhǔn)和圖像拼接的掌握，對(duì)圖像配準(zhǔn)的方法的理解，尤其是基于特征中的基于點(diǎn)特征的配準(zhǔn)算法的理解，總結(jié)出圖像配準(zhǔn)和圖像拼接的原理。本設(shè)計(jì)就是利用角點(diǎn)的特征實(shí)現(xiàn)配準(zhǔn)，最后用精準(zhǔn)的配準(zhǔn)角點(diǎn)對(duì)實(shí)現(xiàn)圖像的拼接。第4章 圖像拼接技術(shù)的GUI設(shè)計(jì) MATLAB的主要功能可靠的數(shù)值計(jì)算和符號(hào)計(jì)算功能、強(qiáng)大的繪圖功能、簡(jiǎn)單易學(xué)的語(yǔ)言體系以及為數(shù)眾多的應(yīng)用工具箱是MATLAB區(qū)別于其他科技應(yīng)用軟件的顯著標(biāo)志[15]。 數(shù)值計(jì)算和符號(hào)計(jì)算功能MATLAB以矩陣作為數(shù)據(jù)操作的基本單位，這使得矩陣運(yùn)算變得非常簡(jiǎn)捷、方便、高效。MATLAB還提供了十分豐富的數(shù)值計(jì)算函數(shù)，而且所采用的數(shù)值計(jì)算算法都是國(guó)際公認(rèn)的最先進(jìn)、可靠的算法，其程序由世界一流專家編制和高度優(yōu)化。高質(zhì)量的數(shù)值計(jì)算功能為MATLAB贏得了聲譽(yù)。 繪圖功能利用MATLAB繪圖十分方便，它既可以繪制各種圖形，包括二維圖形和三維圖形，還可以對(duì)圖形進(jìn)行修飾和控制，以增強(qiáng)圖形的表現(xiàn)效果。MATLAB提供了兩個(gè)層次的繪圖操作：一種是對(duì)圖形句柄進(jìn)行的低層繪圖操作，另一種是建立在低層繪圖操作之上的高層繪圖操作。利用MATLAB高層繪圖操作，用戶不需過(guò)多的考慮繪圖細(xì)節(jié)，只需給出一些基本參數(shù)就能繪制所需圖形。 語(yǔ)言體系MATLAB具有程序結(jié)構(gòu)控制、函數(shù)調(diào)用、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入/輸出、面向?qū)ο蟮瘸绦蛘Z(yǔ)言特征，所以使用MATLAB也可以像使用BASIC、FORTRAN、C等傳統(tǒng)編程語(yǔ)言一樣，進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，而且簡(jiǎn)單易學(xué)、編程效率高。MATLAB是解釋性語(yǔ)言，程序執(zhí)行速度較慢，而且不能脫離MATLAB環(huán)境而獨(dú)立運(yùn)行。 MATLAB工具箱MATLAB包含兩部分內(nèi)容：基本部分和各種可選的工具箱?；静糠謽?gòu)成了MATLAB的核心內(nèi)容，也是使用和構(gòu)造工具箱的基礎(chǔ)。MATLAB工具箱分為兩大類(lèi)：功能性工具箱和學(xué)科性工具箱。功能性工具箱主要用來(lái)擴(kuò)充其符號(hào)計(jì)算功能、可視建模仿真功能及文字處理功能等。學(xué)科性工具箱專業(yè)性比較強(qiáng)，如控制系統(tǒng)工具箱（Control System Toolbox）、信號(hào)處理工具箱（Signal Processing Toolbox）、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱（Neural Network Toolbox）、最優(yōu)化工具箱（Optimization Toolbox）、金融工具箱（Financial Toolbox）、統(tǒng)計(jì)學(xué)工具箱（Statistics Toolbox）等。MATLAB軟件的用戶界面窗口，包括命令窗口、工作空間窗口、當(dāng)前目錄窗口、命令歷史窗口和啟動(dòng)平臺(tái)窗口。在實(shí)際操作中，可以通過(guò)建立 M 文件完成編程。圖41 MATLAB軟件用戶界面窗口圖 GUI界面定義MATLAB作為功能強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算軟件，提供了圖形用戶界面設(shè)計(jì)的功能，使得界面設(shè)計(jì)在可視化狀態(tài)進(jìn)行，設(shè)計(jì)過(guò)程變得簡(jiǎn)單直觀，實(shí)現(xiàn)了“所見(jiàn)即所得”。所謂圖形用戶界面（Graphical User Interface，GUI）是指由窗口、菜單、對(duì)話框等各種圖形元素組成的用戶界面。在這種用戶界面中，用戶的操作既形象生動(dòng)，又方便靈活，所以當(dāng)今絕大部分開(kāi)發(fā)環(huán)境與應(yīng)用程序都采用圖形用戶界面，許多流行的開(kāi)發(fā)工具都可以進(jìn)行圖形用戶界面的設(shè)計(jì)。 可視化圖形用戶界面設(shè)計(jì) GUI設(shè)計(jì)模板在MATLAB主窗口中，打開(kāi)File菜單中的New子菜單，再選擇其中的GUI命令，就會(huì)顯示圖形用戶界面設(shè)計(jì)模板，如圖42所示：圖42 GUI設(shè)計(jì)模板圖MATLAB為GUI設(shè)計(jì)一共準(zhǔn)備了4種模板，分別是Blank GUI（默認(rèn)）、GUI with Uicontrols（帶控件對(duì)象的GUI模板）、GUI with Axes and Menu（帶坐標(biāo)軸與菜單的GUI模板）與Modal Question Dialog（帶模式問(wèn)話對(duì)話框的GUI模板）。當(dāng)用戶選擇不同的模板時(shí)，在GUI設(shè)計(jì)模板界面的右邊就會(huì)顯示出與該模板對(duì)應(yīng)的GUI圖形。 GUI設(shè)計(jì)窗口在GUI設(shè)計(jì)模板中選擇一個(gè)模板，然后單擊OK按鈕，就會(huì)顯示GUI設(shè)計(jì)窗口。選擇不同的GUI設(shè)計(jì)模板時(shí)，在GUI設(shè)計(jì)窗口中顯示的結(jié)果是不一樣的。如圖43所示為選擇Blank GUI設(shè)計(jì)模板后顯示的GUI設(shè)計(jì)窗口。圖43 Blank GUI設(shè)計(jì)模板圖在GUI設(shè)計(jì)窗口左邊的是控件工具欄，包括Push Button、Slider、Radio Button、Check Box、Edit Text、Static Text、Popup Menu、Listbox、Toggle Button、Axes等控件對(duì)象，它們是構(gòu)成GUI的基本元素。GUI設(shè)計(jì)窗口由菜單欄、工具欄、控件工具欄以及圖形對(duì)象設(shè)計(jì)區(qū)組成。GUI設(shè)計(jì)窗口的菜單欄有File、Edit、View、Layout、Tools和Help共6個(gè)菜單項(xiàng)，使用其中的命令可以完成圖形用戶界面的設(shè)計(jì)操作。在GUI設(shè)計(jì)窗口的工具欄上，有Align Objects（位置調(diào)整器）、Menu Editor（菜單編輯器）、Tab Order Editor（Tab順序編輯器）、Mfile Editor（M文件編輯器）、Property Inspector（屬性查看器）、Object Browser（對(duì)象瀏覽器）和Run（運(yùn)行）等15個(gè)命令按鈕，通過(guò)他們可以方便地調(diào)用需要使用的GUI設(shè)計(jì)工具和實(shí)現(xiàn)有關(guān)操作。單擊命令按鈕，就可以打開(kāi)各種命令窗口，如圖4圖4圖46所示：圖44 位置調(diào)整器窗口圖 圖45 對(duì)象屬性查看器窗口圖圖46 菜單編輯器窗口顯示圖 GUI設(shè)計(jì)的基本操作為了添加控件，可以從GUI設(shè)計(jì)窗口的控件工具欄中選擇一個(gè)對(duì)象，然后以拖拽方式在對(duì)象設(shè)計(jì)區(qū)建立該對(duì)象，其對(duì)象創(chuàng)建方式方便、簡(jiǎn)單。在GUI設(shè)計(jì)窗口創(chuàng)建對(duì)象后，通過(guò)雙擊該對(duì)象，就會(huì)顯示該對(duì)象的屬性查看器，通過(guò)它可以設(shè)置該對(duì)象的屬性值。在選中對(duì)象的前提下，單擊鼠標(biāo)右鍵，會(huì)彈出一個(gè)快捷菜單，可以從中選擇某個(gè)子菜單進(jìn)行相應(yīng)的操作。在對(duì)象設(shè)計(jì)區(qū)右擊鼠標(biāo)，會(huì)顯示與圖形窗口有關(guān)的快捷菜單。 圖像拼接的GUI設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)圖形用戶界面（GUI）設(shè)計(jì)，是為了方便演示最后的設(shè)計(jì)成果，以下是設(shè)計(jì)過(guò)程：首先：打開(kāi)File菜單中的New子菜單，在選擇其中的GUI命令，在打開(kāi)的對(duì)話框中選擇Blank GUI命令，其次：在其出現(xiàn)的窗口中，添加Push Button、Static Text、Axes控件，Static Text控件是添加注釋文本，對(duì)圖形，整體進(jìn)行文字說(shuō)明，例如：參考