Joumal of Computer Applications
计算机应用,
2013
,
33( 8) : 2320 - 2324
ISSN 1001-9081
CODEN JYIIDU
2013-08-01
http://www.joca.cn
文章编号
:1001-9081(2013)08-2320-05
doi: 10.
11772/j.
issn. 1001-908
1.
2013. 08. 2320
采用凹二次正则项的弹性点匹配算法
连站
I\
左军毅
2
(1.长治学院计算机系,山西长治
046011;
2
西北工业大学航空学院,西安
710072)
(
*通信作者电子邮箱
li
皿
wei3@gmai
l.
com)
摘
要:现有的采用
l
,
范教正则项的点匹配算法,其
l
,
范数优化问题可等价为一个线性规划问题,但约束不满足
完全的单模性,这导致解出的对应关系不是整数,需要后续的取整过程,这会给计算结果带来额外误差并使算法复杂
化。为解决该问题,基于鲁棒点匹配算法的最新成采,提出一种新的正则项。该正则项是凹的,可以证明目标函数具
有整数的最优解,所以算法无须后续处理,实现起来更简单。实验结果表明:相比采用
l
,
范数正则项的算法,所捉弄
法对于各种干扰均有更好的鲁棒性,特别对于野点干扰,误差只有对比算法的一半。
关键词:正则项;凹函数;空间变换;点对应关系;特征点匹自己;匈牙利算法
中图分类号
:T
凹
91
;TP3
0
1.
6
文献标志码
:A
Non-rigid feature point matching algorithm using concave quadratic regularization term
LIAN
Wei
户,
ZUO
Junyi2
(
1.
Department
01
Computer
Scie
配
e
,
Changzhi University, Changzhi
Shα
即
i
046011
, China;
2.
Coll
旨
'ge
01
Aeronautics, Northwestem Polytechnical University, Xi'an
Shα
anxi
710072
, China)
Abstract:
For the existing point matching algorithms adopting the l, norm regularization terms, the corresponding l, norm
optimization problems are equivalent to linear programs. But the constraints
do
not satisfy the total unimodularity property,
which causes the point
correspondence
邑
olutions
to
be non-integers and post-processing is needed
to
convert the solutions to
integers. Such processing brings error and complicates the algorithms.
To
resolve the above problem, based on the latest result
with the robust point matching algorithm
, a new regularization term was
proposed
四
e
new regularization term is concave and
it can be proved that the objective function has integral optimal solutions. Therefore
,
no
post-processing is needed and it is
simpler
to
implement. The experimental results show that, compared with the algorithms adopting the l, norm regularization
terms
, the proposed algorithm is more robust
to
various types of disturbances, particularly outliers, while its error is only half
of the compared algorithms.
Key
words:
regularization term; concave function; spatial
transfo
口
nation;
point correspondence; feature point matching;
Hungarian algorithm
0
引言
形状或图像的配准是计算机视觉、模式识别和医学图像
处理领域中一个基础而又重要的问题,它的目标是找到使两
形〉快/图像的特征对应起来的空间变换和对应关系。由于点
特征普遍存在且易于获得,该问题通常被转化为一个点匹配
问题。目前,已有多种算法用于解决该问题
[1
-7]其中一种比
较流行的做法是定义目标函数为特征匹配代价和正则项之
和,然后对其优化,从而实现点匹配。具体来说,该方法需要
对如下形式的目标函数进行优化:
E(P)
=
trace(DTp)
+λ
伊
(P)
(1)
其中
:P
=
jPijl
表示对应关系矩阵,其元素
Pij
E j 1
,
01
表示
两点集中的点
i
和
j
是否对应;矩阵
D
=
jDijl
的元素
D
ij
表示
两点集中的点
z
和
J
的相应特征之间的差别
;trace(
)表示对矩
阵求迹
;ψ
为正则函数,用于对点匹配造成的形变进行约束;
λ
是一个权重因子。目标函数(1)也可写成关于
P
的向量
p =
vec(P)
的函数:
E(p)
=
dTp
+
λψ
(p)
(2)
其中
:vec
(
)表示通过串联每一行,将一个矩阵转化成一个列
收稿日期
:2013-02-01
;修回日期
:2013-03-14
。
向量;向量
d
=
vec(D)
。
当正则项
ψ
具有
l
,
范数形式时,函数
(2)
将是一个分段
线性凸函数,因此对函数
(2)
在关于
p
的线性约束下进行优
化将等价为一个线性规划问题。而线性规划可以很容易找到
最优解,因此算法的鲁棒性能够得到保证。由于该优点,现有
的一些比较流行的点匹配算法均采用了
l
,
范数形式的正则
项
[8
-川
o
文献
[8J
对模板边的大小和方向进行了保持,因此
只具有平移不变性
(Translation
lnvariant,
TI);
文献
[9J
将这
一方法推广成具有相似不变性
(Similarity
lnvariant,
S
1),其核
心思想是采用
4
个在线性约束下的线性变换来近似旋转变换
以及对尺度变化进行量化;基于"平面上一点可由其他
3
个
不共线点表示"这一原理,文献
[10
J
提出了一种具有仿射不
变性
(Affine
lnvariant,
A
I)的正则项。
虽然采用
lj
范数可以保证算法的鲁棒性,但会带来如下
问题:转化后的线性规划问题,其约束将不再满足完全的单模
性[
11]
。因此其最优解将不再是整数,所以需要一个将对应关
系转化成整数的过程。为解决该问题,文献
[8J
提出了信任
区域法:每一模板点对应一个信任区域,对每一模板点,只需
考虑它的信任区域覆盖的那些目标点。初始情况下,信任区
基金项目:山西省青年科技研究基金资助项目
(2012021015-2)
;山西省高校科技研究开发项目
(20111128
)。
作者简介:连琦(1
978
- )
,男,山西长治人,讲师,博士,主要研究方向:图像配准、最优化理论;
左军毅(1
975
- )
,男,陕西西安人,讲师,博
士,主要研究方向:图像与视频处理、目标跟踪。