圖像配準專利分析與技術發展

王佳楠

摘 要：圖像配準（Image registration）指將不同時刻、不同采集設備或者在不同條件下，如角度、位置等，獲得的兩幅或多幅圖像進行匹配、疊加的過程。目前，圖像配準技術已被廣泛地應用于醫學圖像處理、遙感數據分析、計算機視覺等領域。

關鍵詞：圖像配準 匹配 專利分析

中圖分類號：TP317 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2018）01（a）-0103-02

1 圖像配準的發展歷史及現狀分析

圖像配準起源于美國，20世紀70年代美國提出將圖像配準運用于飛行器導航、導彈制導等領域。80年代，圖像配準技術逐步受到國內外的廣泛關注，中外學者開始對圖像配準技術進行深入的研究，在多個領域得到廣泛的應用，如醫學圖像診斷、計算機視覺、遙感檢測、汽車視覺等領域。近來，尋找一種在醫學圖像、遙感、計算機視覺等諸多領域通用的有效圖像配準技術是正在積極探索和研究的課題。目前3D數據的配準成為學術界的研究熱點之一，圖像配準的高精度、圖像配準算法的強魯棒性、圖像配準算法的配準速度以及圖像配準的自動化一直以來都是圖像配準領域所不斷追求的目標。

2 專利申請情況分析

2.1 申請地域分布

全球涉及圖像配準的申請約2600件，對申請號前兩位國家/地區代碼進行統計，可以得到圖像配準領域專利申請的全球分布情況。各國家按照申請量進行排名，統計出排名前12位的國家如圖1所示，排名前八位的分別為美國、中國、日本、國際局、歐洲、韓國、德國、俄羅斯，而美、中、日三國的申請量分別占申請總量的33.77%、31.89%和28.79%，總數占比達到90%。由此可見，圖像配準技術在美、中、日3個國家的研究比較廣泛。

2.2 申請量趨勢分析

圖2示出了全球、國內以及國外關于圖像配準專利申請量的趨勢。從圖中數據來看，關于圖像配準領域的專利申請總量是呈上升趨勢的，到2014—2015年達到最高，之后開始趨于平穩；國外申請量一直處于平穩增長的狀態；我國申請量自2002年開始增長，2011年開始快速增長，到2014年增長的最高值后趨于穩定；從上述數據可以看出圖像配準的技術在我國起步較晚，但是后期增長比較快，說明圖像配準技術目前在我國已得到比較廣泛普及。

2.3 國內主要申請人分布

首先分析了國內申請的申請人情況，國內圖像配準領域的申請人主要為外國公司申請和國內高校申請，其中國內高校申請量較高的西安電子科技大學、中國科學院自動化研究所以及南方醫科大學的申請量分別為第二、第三和第五位；國外公司申請量較高的皇家飛利浦電子股份有限公司、皇家飛利浦有限公司和三星電子株式會社分別排名第一、第四和第六位。國內申請人和國外申請人類別差異的主要原因在于：圖像配準技術在國內主要還處于研發階段，沒有廣泛地推廣普及、與產業相結合（見圖3）。

3 專利技術發展分析

通過對所統計的專利申請的技術分析，可以發現所用到的配準技術大體可以歸為三類：基于灰度信息的方法、基于變換域的方法、以及基于特征的方法。通過對2000—2016年間的國內圖像配準605件專利申請的技術分析，按照其所使用的方法進行統計可知：基于特征方法的申請為328件，其中使用單一特征匹配的為203件，與其他方法混合使用的125件；基于變換域方法的申請為187件，其中69件使用單一的變換域方法，118件與其他方法混合使用；基于灰度信息方法的申請為132件，其中使用單一方法的為53件，與其他方法混合使用的為79件。在統計中發現，還有111件申請所使用的方法無法歸納到上述3種方法中，經過人工篩選，發現有一部分是統計方式導致的錯誤，另一部分為申請人新提出的或將相近領域的方法運用到圖像配準，此類方法還沒有進行明確的分類。

由上述統計數據可以看出，在圖像配準中，基于特征匹配的方法是最受歡迎的圖像配準方法，其具有計算速度快的特點；基于灰度信息的雖然是最早發展起來的圖像配準技術，但是發展速度不及其他方法。通過篩查近5年的專利申請，會發現基于混合模型的申請越來越多，它結合了基于灰度信息/變換域的配準和基于特征的配準兩類方法的優點，既具有前者配準精度高的優點，又具有后者計算速度快的優點，而且對圖像灰度變化、旋轉和縮放等具有不變性。

4 結語

圖像配準技術在計算機視覺、醫學圖像處理、遙感測量等領域都具有著廣泛的應用，根據具體應用目的的不同，所涉及的配準技術側重也不同，有的側重于通過變換結果融合待配準圖像，有的側重于研究變換本身以獲得對象的一些力學屬性。20世紀以來醫學成像和遙感影像經歷了從靜態到動態，從形態到功能，從平面到立體的飛速發展。

參考文獻

[1] 王雷.圖像配準技術及應用研究[D].西安電子科技大學，2007.

[2] 王志社，楊風暴，紀利娥，等.基于聚類分割和形態學的可見光與SAR圖像配準[J].光學學報，2014，34（2）：176-182.

[3] 羅述謙，呂維雪.醫學圖像配準技術[J].國外醫學生物醫學工程分冊，1999，22（1）：1-8.