归一化交叉相关Normalization cross correlation (NCC)

相关系数,图像匹配

NCC正如其名字,是用来描述两个目标的相关程度的,也就是说可以用来刻画目标间的相似性。一般NCC也会被用来进行图像匹配,即在一个图像中搜索与一小块已知区域的NCC最高的区域作为对应匹配,然后对准整幅图像。

假设两幅图像,那么其NCC可如下计算:

其中表示点乘运算。

比如下面两幅图像,我们想对齐

part1.jpg

part2.jpg

首先在一幅图像中选取两个图像都有的区域作为templete

templete.jpg

然后在另一幅图像中选取包含templete的区域

region.jpg

最终对齐的结果如下

result.jpg
  1. function NCC 

  2. close all 

  3. part2 =imread('part1.png'); 

  4. part1 = imread('part2.png'); 


  5. imshow(part2);title('part2') 

  6. figure, imshow(part1);title('part1'); 

  7. % 选取template和搜索区域region. Note:template的大小必须小于region 

  8. figure, 

  9. [sub_part2,rect_part2]=imcrop(part2);% template 

  10. [sub_part1,rect_part1]=imcrop(part1);% region 


  11. figure, imshow(sub_part2) 

  12. figure, imshow(sub_part1); 


  13. [x,y,z] = normcorr2(double(sub_part2(:,:,1)),double(sub_part1(:,:,1))); 

  14. figure,surf(x,y,z),shading flat 

  15. %% 寻找偏置 

  16. [~,imax]=max(z(:));% 

  17. [yoffset,xoffset]=ind2sub(size(z),imax(1)); 

  18. %% 图像对齐 

  19. % 配对点在第一幅图像中到边界的距离 


  20. rect_part1=floor(rect_part1); 

  21. left1=rect_part1(1)+xoffset; 

  22. right1=size(part1,2)-left1; 

  23. up1=rect_part1(2)+yoffset; 

  24. down1 = size(part1,1)-left1; 

  25. % 配对点在第二幅图像中到边界的距离 

  26. rect_part2=floor(rect_part2); 

  27. left2=rect_part2(1); 

  28. right2=size(part2,2)-left2; 

  29. up2=rect_part2(2); 

  30. down2 = size(part2,1)-up2; 


  31. img=zeros(max(up1,up2)+max(down1,down2)+1,max(left1,left2)+max(right1,right2)+1,size(part1,3)); 

  32. sx=max(left1,left2)+1; 

  33. sy=max(up1,up2)+1; 

  34. img(sy-up1+1:sy-up1+size(part1,1),sx-left1+1:sx-left1+size(part1,2),:)=part1; 

  35. img(sy-up2+1:sy-up2+size(part2,1),sx-left2+1:sx-left2+size(part2,2),:)=part2; 

  36. imshow(uint8(img)); 

  37. end 




  38. function [x,y,z]=normcorr2(I1,I2) 

  39. % I1,I2是单通道图像,即矩阵 

  40. % I1 is template 

  41. % I2 is the region where match pairs are searched 

  42. [m1,n1]=size(I1); 

  43. [m2,n2]=size(I2); 

  44. z=conv2(I2,rot90(I1,2),'valid'); 

  45. im2=cumsum(I2.^2,1); 

  46. im2=cumsum(im2,2); 

  47. sum1=sum(sum(I1.^2,1),2); 

  48. % nz=zeros(m2-m1+1,n2-n1+1); 

  49. wrapIm2=zeros(1+m2,1+n2); 

  50. wrapIm2(2:end,2:end)=im2; 

  51. nz=(wrapIm2(m1+1:m2+1,n1+1:n2+1)+wrapIm2(1:m2-m1+1,1:n2-n1+1)-wrapIm2(1:m2-m1+1,n1+1:n2+1)-wrapIm2(m1+1:m2+1,1:n2-n1+1))*sum1; 

  52. nz=sqrt(nz); 

  53. z=z./nz; 

  54. [x,y]=meshgrid(1:n2-n1+1,1:m2-m1+1); 

  55. end 

1477398865849.jpg

1477398880386.jpg

1477398892560.jpg

1477398906100.jpg

1477398924878.jpg

有些文献在计算卷积的时候,总说要把矩阵逆排序之后再对应相乘,包括conv2这个函数也是这么计算的。但实际上我们有一个templete和region,直接就是对应位置乘积之后作为卷积结果,也只有这样才能保证在匹配的位置处NCC系数最大,所以在代码里,我先对templete进行了逆序操作,在使用conv2卷积。

另外matlab2016添加了image registration 工具箱,里面可以直接计算NCC系数了,具体参见

http://cn.mathworks.com/help/images/examples/registering-an-image-using-normalized-cross-correlation.html.

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