基于特征点的图像配准方法及系统技术方案

一种基于特征点的图像配准方法及系统，用于基于采集到的标准图像对采集到的待检测图像进行配准，方法包括：S1、通过模板匹配的方式在待检测图和标准图上确定非共线的多个匹配的特征点；S2、基于特征点分别建立标准图像三维坐标系和待检测图像三维坐标系：S3、计算待检测图像三维坐标系相对于标准图像三维坐标系的三维变换矩阵；S4、使用三维变换矩阵对待检测图像进行配准处理，将配准处理后的待检测图像与标准图像进行对比并获取差异值。本发明专利技术可降低对机械结构精度的要求，在图像对比时可以弥补机械结构精度的不足所造成的图像位置偏移，减小不必要的误差，即使图像采集时出现不一致，也可以通过三维变换矩阵对图像进行配准处理。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及图像处理领域，尤其涉及一种基于特征点的图像配准方法及系统。
技术介绍
在某些视觉应用中（如PCB板缺陷检测），需要将摄像头采集到的图像与标准图像 作对比，该对比动作要求两幅图像在位置上的严格一致性，以检测当前图像与标准图像之 间像素级别的差异；当前的系统设计一般是从结构的角度来保证两幅图像位置的不发生偏 移。 而机械结构不能达到足够的精度以保证摄像头与场景相对位置与标准状态下的 一致性，例如，如图1所示，除了水平方向的偏移，由于目标物体的厚度不均也会造成采集 到的图像的不一致。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于特征点 的图像配准方法及系统。 本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于特征点的图像配准方 法，用于基于采集到的标准图像对采集到的待检测图像进行配准，所述方法包括： S1、通过模板匹配的方式在待检测图和标准图上确定非共线的多个匹配的特征 占. S2、基于所述特征点分别建立标准图像三维坐标系和待检测图像三维坐标系： S3、计算所述待检测图像三维坐标系相对于所述标准图像三维坐标系的三维变换 矩阵； S4、使用所述三维变换矩阵对待检测图像进行配准处理，将配准处理后的待检测 图像与标准图像进行对比并获取差异值。 在本专利技术所述的基于特征点的图像配准方法中，所述步骤Si中在确定特征点后， 针对标准图像和确定待检测图像分别执行以下步骤以获取各个特征点在相机坐标系下的 坐标值： S11、以图像所在平面为XOY平面，以像素为坐标系单位，确定各个特征点的X坐标 和Y坐标； S12、如果图像为标准图像，则设定一个正数作为标准图像中的各个特征点的Z坐 标； S13、如果图像为待检测图像，则基于任意两个特征点在待检测图像的XOY平面上 的距离、该两个特征点在标准图像的XOY平面上的距离、以及步骤S12中设定的标准图像中 的各个特征点的Z坐标，计算待检测图像中的各个特征点的Z坐标。 在本专利技术所述的基于特征点的图像配准方法中，所述步骤S13中基于以下计算公 式计算待检测图像中的各个特征点的Z坐标： CN 105118021 A 说明书 2/8 页 其中，Z1代表待检测图像中的各个特征点的Z坐标，L i代表任意两个特征点在待 检测图像的XOY平面上的距离，L代表该两个特征点在标准图像的XOY平面上的距离，Z代 表步骤S12中设定的标准图像中的各个特征点的Z坐标。 在本专利技术所述的基于特征点的图像配准方法中，所述步骤S2中标准图像三维坐 标系和待检测图像三维坐标系的建立包括：以图像中的所有的特征点的重心作为原点0 ; 以原点与某一个特征点所确定的直线为X轴；以垂直于特征点所在平面的直线为Z轴；根 据右手法则，以垂直于XOZ平面的直线为Y轴。 在本专利技术所述的基于特征点的图像配准方法中，所述步骤Sl中在确定特征点后， 针对标准图像和确定待检测图像分别获取各个特征点在相机坐标系下的坐标值； 若所述相机坐标系为Tw，所述标准图像三维坐标系为Ts，所述待检测图像三维坐 标为Td，则所述步骤S3中基于以下公式计算所述三维变换矩阵： 其中，Ttrans代表所述三维变换矩阵，T1代表T s相对于T J]变换矩阵；T2代表T湘 对于Tw的变换矩阵。 在本专利技术所述的基于特征点的图像配准方法中，In 1~2分别基于以下步骤确定： S31、基于步骤S2中标准图像三维坐标系/待检测图像三维坐标系建立时的原点 的确定方式，确定Ts/Td相对于T w的偏移向量吞： S32、基于法线向量与平面上的任意向量垂直的原理，求解得到171^在T "下Z轴 的法线向量 S33、基于步骤S2中的标准图像三维坐标系/待检测图像三维坐标系建立时的X 轴的选定方式确定Ts/Tdi T "下X轴的法向量 S34、基于算得到Ts/T^ T "下Y轴的法线向量 S35、基吁三个法向量计算得到旋转矩阵R ; S36、基于 R 和P得到 T1Zt2S : 在本专利技术所述的基于特征点的图像配准方法中，所述步骤S35包括：将?、 ky、kz三个法向量分别归一化得到 本专利技术还公开了一种基于特征点的图像配准系统，用于基于采集到的标准图像对 采集到的待检测图像进行配准，包括： 特征点确定模块：通过模板匹配的方式在待检测图和标准图上确定非共线的多个 匹配的特征点； 坐标系确定模块：基于所述特征点分别建立标准图像三维坐标系和待检测图像三 维坐标系； 三维变换矩阵确定模块：计算所述待检测图像三维坐标系相对于所述标准图像三 维坐标系的三维变换矩阵； 配准模块：使用所述三维变换矩阵对待检测图像进行配准处理，将配准处理后的 待检测图像与标准图像进行对比并获取差异值。 在本专利技术所述的基于特征点的图像配准系统中，所述特征点确定模块在确定特征 点后，针对标准图像和确定待检测图像分别获取各个特征点在相机坐标系下的坐标值； 若所述相机坐标系为Tw，所述标准图像三维坐标系为Ts，所述待检测图像三维坐 标为T,，则所述步骤S3中基于以下公式计算所述三维变换矩阵： 其中，Ttrans代表所述三维变换矩阵，T i代表T s相对于T w的变换矩阵；T 2代表T湘 对于Tw的变换矩阵。 在本专利技术所述的基于特征点的图像配准系统中，所述的获取各个特征点在相机坐 标系下的坐标值包括：以图像所在平面为XOY平面，以像素为坐标系单位，确定各个特征点 的X坐标和γ坐标；如果图像为标准图像，则设定一个正数作为标准图像中的各个特征点 的Z坐标；如果图像为待检测图像，则基于任意两个特征点在待检测图像的XOY平面上的距 离、该两个特征点在标准图像的XOY平面上的距离、以及步骤S12中设定的标准图像中的各 个特征点的Z坐标，计算待检测图像中的各个特征点的Z坐标； In 1~2的确定包括：基于坐标系确定模块中标准图像三维坐标系/待检测图像 三维坐标系建立时的原点的确定方式，确定Ts/Td相对于Tw的偏移向量％基于法线向量 与平面上的任意向量垂直的原理，求解得到Ts/ivi τ "下z轴的法线向量k.z;基于坐标系 确定模块中的标准图像三维坐标系/待检测图像三维坐标系建立时的X轴的选定方式 确定！71^在1\下乂轴的法向量?ζ;基于1^和1^计算得到171^在1\下Y轴的法线向量 基于?ζ、5、?ζ三个法向量计算得到旋转矩阵R;基于R和F:得到 1/%为： 实施本专利技术的基于特征点的图像配准方法及系统，具有以下有益效果：本专利技术基 于特征点获得待检测图像三维坐标系相对于标准图像三维坐标系的三维变换矩阵，因此， 可以降低对机械结构精度的要求，在图像对比时，可以弥补机械结构精度的不足所造成的 图像位置偏移，减小不必要的误差，即使图像采集时出现不一致，也可以通过三维变换矩阵 对图像进行配准处理。【附图说明】 下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中： 图1是图像采集不一致时的示意图； 图2是本专利技术基于特征点的图像配准方法的流程图； 图3是本专利技术基于特征点的图像配准方法中获取在相机坐标系下的Z坐标值的原 理图。【具体实施方式】 为了对本专利技术当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于特征点的图像配准方法，用于基于采集到的标准图像对采集到的待检测图像进行配准，其特征在于，所述方法包括：S1、通过模板匹配的方式在待检测图和标准图上确定非共线的多个匹配的特征点；S2、基于所述特征点分别建立标准图像三维坐标系和待检测图像三维坐标系：S3、计算所述待检测图像三维坐标系相对于所述标准图像三维坐标系的三维变换矩阵；S4、使用所述三维变换矩阵对待检测图像进行配准处理，将配准处理后的待检测图像与标准图像进行对比并获取差异值。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王复庆，
申请(专利权)人：深圳市汇川技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44