图像配准专利分析与技术发展

王佳楠

摘 要：图像配准（Image registration）指将不同时刻、不同采集设备或者在不同条件下，如角度、位置等，获得的两幅或多幅图像进行匹配、叠加的过程。目前，图像配准技术已被广泛地应用于医学图像处理、遥感数据分析、计算机视觉等领域。

关键词：图像配准 匹配 专利分析

中图分类号：TP317 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2018）01（a）-0103-02

1 图像配准的发展历史及现状分析

图像配准起源于美国，20世纪70年代美国提出将图像配准运用于飞行器导航、导弹制导等领域。80年代，图像配准技术逐步受到国内外的广泛关注，中外学者开始对图像配准技术进行深入的研究，在多个领域得到广泛的应用，如医学图像诊断、计算机视觉、遥感检测、汽车视觉等领域。近来，寻找一种在医学图像、遥感、计算机视觉等诸多领域通用的有效图像配准技术是正在积极探索和研究的课题。目前3D数据的配准成为学术界的研究热点之一，图像配准的高精度、图像配准算法的强鲁棒性、图像配准算法的配准速度以及图像配准的自动化一直以来都是图像配准领域所不断追求的目标。

2 专利申请情况分析

2.1 申请地域分布

全球涉及图像配准的申请约2600件，对申请号前两位国家/地区代码进行统计，可以得到图像配准领域专利申请的全球分布情况。各国家按照申请量进行排名，统计出排名前12位的国家如图1所示，排名前八位的分别为美国、中国、日本、国际局、欧洲、韩国、德国、俄罗斯，而美、中、日三国的申请量分别占申请总量的33.77%、31.89%和28.79%，总数占比达到90%。由此可见，图像配准技术在美、中、日3个国家的研究比较广泛。

2.2 申请量趋势分析

图2示出了全球、国内以及国外关于图像配准专利申请量的趋势。从图中数据来看，关于图像配准领域的专利申请总量是呈上升趋势的，到2014—2015年达到最高，之后开始趋于平稳；国外申请量一直处于平稳增长的状态；我国申请量自2002年开始增长，2011年开始快速增长，到2014年增长的最高值后趋于稳定；从上述数据可以看出图像配准的技术在我国起步较晚，但是后期增长比较快，说明图像配准技术目前在我国已得到比较广泛普及。

2.3 国内主要申请人分布

首先分析了国内申请的申请人情况，国内图像配准领域的申请人主要为外国公司申请和国内高校申请，其中国内高校申请量較高的西安电子科技大学、中国科学院自动化研究所以及南方医科大学的申请量分别为第二、第三和第五位；国外公司申请量较高的皇家飞利浦电子股份有限公司、皇家飞利浦有限公司和三星电子株式会社分别排名第一、第四和第六位。国内申请人和国外申请人类别差异的主要原因在于：图像配准技术在国内主要还处于研发阶段，没有广泛地推广普及、与产业相结合（见图3）。

3 专利技术发展分析

通过对所统计的专利申请的技术分析，可以发现所用到的配准技术大体可以归为三类：基于灰度信息的方法、基于变换域的方法、以及基于特征的方法。通过对2000—2016年间的国内图像配准605件专利申请的技术分析，按照其所使用的方法进行统计可知：基于特征方法的申请为328件，其中使用单一特征匹配的为203件，与其他方法混合使用的125件；基于变换域方法的申请为187件，其中69件使用单一的变换域方法，118件与其他方法混合使用；基于灰度信息方法的申请为132件，其中使用单一方法的为53件，与其他方法混合使用的为79件。在统计中发现，还有111件申请所使用的方法无法归纳到上述3种方法中，经过人工筛选，发现有一部分是统计方式导致的错误，另一部分为申请人新提出的或将相近领域的方法运用到图像配准，此类方法还没有进行明确的分类。

由上述统计数据可以看出，在图像配准中，基于特征匹配的方法是最受欢迎的图像配准方法，其具有计算速度快的特点；基于灰度信息的虽然是最早发展起来的图像配准技术，但是发展速度不及其他方法。通过筛查近5年的专利申请，会发现基于混合模型的申请越来越多，它结合了基于灰度信息/变换域的配准和基于特征的配准两类方法的优点，既具有前者配准精度高的优点，又具有后者计算速度快的优点，而且对图像灰度变化、旋转和缩放等具有不变性。

4 结语

图像配准技术在计算机视觉、医学图像处理、遥感测量等领域都具有着广泛的应用，根据具体应用目的的不同，所涉及的配准技术侧重也不同，有的侧重于通过变换结果融合待配准图像，有的侧重于研究变换本身以获得对象的一些力学属性。20世纪以来医学成像和遥感影像经历了从静态到动态，从形态到功能，从平面到立体的飞速发展。

参考文献

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[2] 王志社，杨风暴，纪利娥，等.基于聚类分割和形态学的可见光与SAR图像配准[J].光学学报，2014，34（2）：176-182.

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