Image Registration methods : a survey

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Image Registration methods a survey

• Barbara Zitova, Jan Flusser

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Plan de lexposé

• Introduction
• Méthodologie associée au recalage dimage
• Détection de caractéristiques
• Mise en correspondance
• Création dun modèle de transformation
• Transformation de limage
• Mesure de la précision du recalage
• Conclusion

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Introduction

• Recalage dimage
• Superposition de 2 images ou plus
• Aligner une image de référence et une image à
  transformer
• Applications nombreuses Télédétection,
  médecine, cartographie, etc..
• Larticle est un état de lart complet sur le
  recalage dimages

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Méthodologie Types dimages

• Point de vue différent multiview
• Instants différents multitemporal
• Capteurs différents multimodal
• Recalage Image réelle ?? Modèle

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Méthodologie Les étapes

1. Détection de caractéristiques
2. Mise en correspondance
3. Création dun modèle de transformation
4. Transformation de limage

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Méthodologie Illustration
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Détection de caractéristiques

• Etape 1
• Deux méthodes complémentaires

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Méthodes zonales ? area-based methods

• Pas de points de contrôle ? Etape sautée
• A utiliser pour les images peu détaillées (images
  médicales)

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Méthodes avec caractéristiques ? feature-based
methods

• Caractéristiques sous forme de
• Régions
• Lignes
• Points
• Caractéristiques stockées par des points de
  contrôle (CP)
• Adaptées pour les images contenant des objets
  facilement détectables

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Mise en correspondance

• Etape 2 Suivi des deux méthodes

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Méthodes zonales

• Choix dune partie ou de la totalité de limage à
  faire correspondre sur la référence
• Principal inconvénient mauvaise correspondance
  entre deux zones douces différentes
• Trois façons de faire avec cette méthode
  corrélation, Fourier, information mutuelle

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1. Méthodes de corrélation

• Souvent utilisé pour sa simplicité
  dimplémentation
• Limitée aux translations, rotations, et mise à
  léchelle légères
• 2 inconvénients
• Maxima de la fonction pas faciles à distinguer
  (auto similarité de limage)
• Temps de calcul assez long
• Non adapté au multimodal registration

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1. Méthode de corrélation

• Variantes à CC
• Filtrage préalable avant dutiliser CC
• SSDA
• Rapport de corrélation (pour les multimodal)
• Hausdorff distance
• Corrélation vectorielle

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2. Méthodes de Fourier

• Meilleure vitesse de traitement et plus adaptées
  au images bruitées
• Méthode de corrélation de phase pour le recalage
  dimages translatées
• Extensions pour rotation et changement déchelle
  polar-log mapping
• Utilisées pour la télédétection (images SPOT) et
  limagerie médicale (images MR)

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Comparaison CC - Fourier
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3. Méthodes dinformations mutuelles

• Techniques de pointe pour les images multimodales
• Mesure de dépendances statistiques, maximiser MI
  
• Optimisations par une approche pyramidale et
  descente de gradient
• Variante Entropie croisée

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Optimisations diverses

• Sans gradient Powell
• Avec gradient Levenberg-Marquardt
• Approche pyramidale multirésolution

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Méthodes avec caractéristiques

• Sur les 2 images, des points de contrôle ont été
  créés.
• But Faire correspondre les points de contrôle 2
  à 2 (tous ou une partie).

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1. Relations spatiales

• Transformer lensemble des CP dune image et
  évaluer la distance avec les CP de lautre image
• Clustering technique mise en correspondance de
  CP reliés par des arêtes

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2. Descripteurs invariants

• Donner une description aux CP avant de les faire
  correspondre
• Description invariante, unique, stable (dans
  lidéal)
• Analyse du voisinage de chaque CP, et en tirer le
  maximum dinformation (de nature géométrique),
  beaucoup de techniques possibles

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Optimisations

• Méthodes pyramidales
• Multirésolution de la recherche
• Différents types (somme, médian,moyenne, cubic
  spline, Laplace, Gauss,)
• Décomposition en ondelettes de limage pour
  lapproche pyramidale

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Création dun modèle de transformation

• Etape 3 modèles globaux et locaux

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Exemples de fonctions de mapping
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Modèles globaux

• Transformation de similitude (translation,
  rotation, scaling) 2 CPs
• Transformation affine 3 CPs
• Perspective 4 CPs
• Eviter les polynômes de degré haut
• Utilisation de plus de CP (moindres carrés)

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Modèles locaux

• Tenir compte des distorsions locales
• Utilisation de fonctions radiales fonction
  juste de la distance du point au CP, et non de sa
  position exacte
• Fonctions multiquadratic, de Gauss, de Wendland,
  etc
• Thin-plate splines (TPS) temps de calcul très
  grand (warping, morphing)

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Recalage élastique

• Pas de fonctions de mapping
• Voir limage comme une feuille élastique
• Mise en correspondance faite en même temps
• Variantes recalage fluide pour des déformations
  très localisées
• Diffusion, level sets, optical flow

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Transformation de limage

• Etape 4 Différentes interpolations possibles

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2 méthodes

• Méthode avant
• Transformer directement les pixels de limage à
  recaler
• Apparition de trous et de superpositions, à
  éviter
• Méthode arrière
• Partir du système de coordonnée de limage
  référence et appliquer les transformations
  inverses pour la coordonnée de limage à recaler
• Pas de trous, mais implémenter des algo
  dinterpolation

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Interpolations

• Plus proche voisin
• Bilinéaire
• Bicubique
• Meilleure compromis bilinéaire le plus souvent

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Mesure de la précision du recalage

• Etape 5 Différents types derreurs

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Liste des erreurs de recalage

• Erreur de localisation CP mal placé
• Erreur de reconnaissance mauvaise
  correspondance de CP , erreur grave
• Erreur dalignement Utilisation dune mauvaise
  fonction de mapping
• Utilisation de points tests (TP)
• Vérification manuelle par lexpert

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Conclusion

• Recalage dimages de plus en plus déformées ou
  venant de sources très différentes
• Problèmes encore ouverts correspondance des CP,
  choix de la fonction de mapping
• Méthode MI est une référence, mais reste une
  méthode zonale soumise à limitations
• Elaboration de méthodes hybrides
• Perspectives futures Système expert choisissant
  la meilleure solution de recalage

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Remarques

• Article très complet et très dense
• Disproportion entre longueur de larticle et
  bibliographie techniques citées mais peu
  développées