唐 山 学 院 毕 业 设 计
下面通过两组实验数据说明图像A和图像B配准时互信息达到最大。第一组实验的参考图像A为图4-17，浮动图像B为图像A依次水平平移x为-10至10个像素时所对应的图像，然后分别计算它们的互信息值MI。实验数据见表4-1，互信息曲线见图4-11。第二组实验的参考图像A为图4-17，浮动图像B为图像A一次旋转角度?为-10至10个像素时所对应的图像，然后分别计算它们的互信息值MI。实验数据见表4-2，互信息曲线见图4-12。
表4-1 平移后互信息值
操作
数值
-9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 X平移
互信息 0.1568 0.1625 0.1701 0.1793 0.1894 0.2030 0.2226 0.2519 0.2946 0.4060
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 X平移
互信息 0.3033 0.2588 0.2286 0.2084 0.1945 0.1840 0.1747 0.1668 0.1610 0.1552
表4-2 旋转信息值
操作
数值
-9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 旋转角 -10
互信息 0.1272 0.1467 0.1477 0.1594 0.1725 0.1851 0.2015 0.2210 0.2475 0.2919
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 旋转角
互信息 0.4060 0.2919 0.2474 0.2211 0.2019 0.1848 0.1725 0.1590 0.1479 0.1365
从图4-11中，我们可以看到，在水平平移互信息值曲线图中，当水平平移为0时对应的互信息值最大（0.4060），此时A，B没有相对位移，恰好处于最佳对准位置。
4.7 界面设计
4.7.1 GUI简介
图形用户界面（Graphical User Interface，简称GUI，又称图形用户接口）是指采用图形方式显示的计算机操作用户界面。与早期计算机使用的命令行界面相比，图形界面对于用户来说在视觉上更易于接受。
GUI的广泛应用是当今计算机发展的重大成就之一，他极大地方便了非专业用户的使用，人们从此不再需要死记硬背大量的命令，取而代之的是可以通过窗口、菜单、按键等方式来方便地进行操作。而GUI有轻型、占用资源少、高性能、高可靠性、便于移植、可配置等特点。[13,14]
4.7.2 GUI界面设计步骤
(1) 进行界面设计，本设计中的界面如图4-19所示。
11
唐 山 学 院 毕 业 设 计
图4-19 界面图
(2) 设置控件属性
三个静态文本(static text)，分别用来显示“Optimization Algorithm”，“Mutual Information Measure”，“Image Pair For Registration”。
三个轴对象（axes），用来显示参考图像，浮动图像，配准结果。
三个文本框（Edit Text），Edit1用来显示参考图像名称，Edit2用来显示浮动图像名称、Edit3用来显示配准时的参数。
三个按钮（push botton），点击“reference image”或“float image”后，弹出一个小界面，从小界面中选择图像，点击“run”后，在axes3中输出配准图像，在Edit3中输出配准参数。
两个下拉菜单（pupupmenu），pupupmenu1用来选择优化搜索算法，pupupmenu2用来显示相似性测度即互信息值。
12
唐 山 学 院 毕 业 设 计
5 总结
研究图像配准具有十分重要的现实意义，图像配准在遥感影像配准、自然资源分析、天气预报、环境监测、生理病变等许多领域有重要的应用价值，是视频压缩与编码、模式识别、图像融合、运动目标检测等中的一项关键技术。本文主要研究了基于灰度的图像配准技术，主要工作成果如下：
(1) 对图像进行平移和旋转等空间几何变换，并计算互信息值。
(2) 针对一般Powell算法存在的缺点，提出了改进后的Powell算法，并对该算法进行仿真。
(3) 对基于互信息的多光谱图像的配准算法进行了研究，以互信息作为相似性测度详细介绍了改进后的Powell算法和PSO两种优化搜索算法理论知识，对这两种算法进行仿真分析，对比这两种算法的优劣。结果表明Powell算法在搜索速度、配准对齐效果、计算出的最大互信息值等方面优于PSO算法。
针对图像配准技术研究，有些理论和技术还需做更深入的探讨，下面是未来工作的展望：
(1) 对采用互信息的医学图像配准向三维方向拓展，如何实现程序的规范化，和如何获得更短的时间开销将是今后研究工作的重点。
(2) 将配准的变换类型扩展到非刚体配准。在实际的图像配准应用中，有很多情况例如身体某些非刚体运动的部分（如心脏等）的配准，并不能简单的用刚体变换来实现，采用非刚体变换的配准方法使用范围更广。
(3) 研究新的优化算法，并对配准后的图像之间的融合等后续工作进行研究，进一步对插值算法进行研究，采用更好的插值函数，避免由于插值算法造成互信息配准中局部极值的产生。
13
唐 山 学 院 毕 业 设 计
谢辞
经过几个月的查资料、编程序、写作论文，我的毕业设计终于要完成了。写到谢辞这里，大学期间的点点滴滴历历涌上心头，四年多的努力与付出，随着论文的完成，终于让大学的生活得以划下了完美的句点。
论文得以顺利完成，要感谢的人实在太多太多了。首先，我想对我的指导老师申彦春表示深深的敬意和真挚的感谢！申老师对待学生亲切和蔼，关怀无微不至，对待工作认真负责，跟着申老师做毕业设计之后，我更敬佩老师那严谨、科学的作风以及孜孜不倦的学习态度，本文从选题、查找资料，编写程序，写作以至到论文的最后定稿自始至终都得到了申老师的大力支持和悉心指导。自己一步一步付出后，到现在终于对图像配准有了一定程度的理解。在此我想对这半年来给予我极大关怀和帮助的申老师，表示深深的谢意！此外，还要感谢同窗好友在生活和学习上给予我的帮助！在本科生学习生活即将结束之际，感谢我的父母一直以来对我的鼓励和支持，感谢他们给予我经济和精神上的支持和鼓励，没有他们就没有我的今天。我要继续在科学的高山上努力往上攀登，用实际的行动来报答他们。
最后非常感谢阅读本文的各位老师为此付出的辛勤劳动！
14
唐 山 学 院 毕 业 设 计
参考文献
[1] 郭丽珍.基于特征的图像配准方法研究[D],太原理工大学,2010.
[2] 陈显毅,周开利.医学图像配准常用方法与分类[J].信息技术,2008年第7期,P17-19. [3] 田剑豪,基于互信息的多模态医学图像配准[D].西安电子科技大学,2005. [4] 陈煜.图像融合技术及其应用研究[D].南京航空航天大学,2004. [5] 周亚平.图像配准技术研究[D].西安电子科技大学,2008年.
[6] 袁伟.基于结构信息的SAR图像配准方法研究[D].国防科学技术大学,2009. [7] 陈显毅.基于互信息的医学图像配准技术研究[D].海南大学,2008. [8] 刘青芳,基于改进互信息的医学图像配准方法研究[D].山西大学,2010. [9] 陈宝林.最优化理论与算法[M].北京:清华大学出版社,2005.
[10] 孙晶晶.粒子群优化算法的改进及其应用研究[D].山西师范大学,2010. [11] 杨立娜.基于相位相关理论的最大互信息图像配准[D].西安电子科技大学,2010. [12] 胡振国.基于ARM的嵌入式软硬件系统设计与实现[D].电子科技大学,2010. [13] 张德丰.MATLAB数字图像处理[M].机械工业出版社,2009.
[14] 毛涛涛,王正林,王林.精通MATLAB GUI设计[M].电子工业出版社,2008. [15] 赵书兰.MATLAB数字图像处理与分析实例教程[M].化学工业出版社,2009. [16] 陈显毅.图像配准技术及其MATLAB编程实现[M].电子工业出版社,2009.
[17] P Violar，W M.Wells III.Aligment by maximization of mutual information[J]．In:proceedings of
5th Intermational Conference on computer Vision.Boston,MA,USA.1995.
15