【开题报告通信】 开题报告可以随便写吗

　 1.课题研究的意义，国内外研究现状、水平和发展趋势

　研究意义：

　图像拼接技术就是将多张可能具有不同时间、不同视觉角度等不同的图像（但是有重叠的部分）拼接起来，使他成为一个无空隙的大型的但又具有高的清晰度和分辨率的图像。图像拼接技术也就是数字图像处理的一部分，它是随着计算机的发展而产生的具有时代意义的新科学技术。随着时代的进步，社会的发展，它的应用也越来越广泛。

　在现实生活中，我们使用照相机拍摄景物时，往往不能拍摄很大范围的全景图。即使通过调节照相机的焦距和像素等照相机的性能，也不能得到大范围的具有高分辨率的清晰图像，因为照相机的这些性能参数是固定的。此时，我们恰当的使用图像拼接技术就可以得到我们想要拍摄大范围全景图的目的。

　因此，图像并接技术解决了一般像照相机等成像器材所不能解决的问题，也就不是能获得大范围高分辨率的清晰图像。有了图像拼接技术，人们在很多方面都可以得到了很好的发展，如人们可以用它来制作地图等。

　 所以，研究图像拼接技术对人类的发展是很有帮助的，它能推动各个领域的发展与研究。图像拼接技术的研究会有很大的研究前景和深远意义。

　发展趋势：

　目前，图像拼接技术在多媒体影视、空间环境探测、生物医学研究、军事研究、航空导航等不同领域都有着十分广泛的应用，主要表现在以下几方面：

　（1）在多媒体影视中，通过图像拼接技术，来构建不同的图像，使人们可以从多媒体影视中看到更清晰，更加逼真的图像。同样的也可以根据图像拼接技术构建虚拟的世界，把不现实的画面放映到人们的面前。人类的生活将会越来越精彩。

　（2）在空间环境探测中，人们利用卫星在空中拍摄地球的图像，然后同过图像拼接技术，构成了地图。这方便了地理学家研究世界的地形变化等相关地理问题。地质学家再通过地形的不断变换，从而关注地球的发展，进一步为人类做出更好的贡献。建筑师通过图像拼接技术。勾画出要改造建筑的实际环境，从而建造出适合时代发展的新建筑。尽早实现全球的和谐发展。

　（3）在生物医学研究中，通过对图像拼接技术的研究可以进一步研究各种疾病的治理。如有学者提出的利用图像拼接技术来构成视网膜整体图像，这样能更好的研究眼疾。这样人类可能在不久的将来，人类的寿命将会越来越久。

　简言之，图像拼接技术在各个领域已经得到了很好的利用。我相信在不久的将来会应用到我们每个人身边。比如，通过图像拼接技术我们可以合成高清晰的生活照，让自己的人生留下美好的回忆。

　2.课题的基本内容，可能遇到的困难，提出解决问题的方法和措施

　基本内容:

　 图像拼接技术就是将多张可能具有不同时间、不同视觉角度等不同的图像（但是有重叠的部分）拼接起来，使他成为一个无空隙的大型的但又具有高的清晰度和分辨率的图像。图1和图2就是两张不同时间、不同视觉角度但是有重叠部分的图像，通过图像拼接技术就合成了图3的全景图。

　通过上述图像拼接过程的演示，很明显的可以发现图像拼接解决了拍摄全景图的困难。只要经过一定的图像预处理和通过一定的处理把拼接界限处处理整，几乎可以看不出是几张图像拼接起来的。图像拼接技术主要包括输入图像、图像预处理、图像配准、建立配准模型、统一坐标变换和图像融合。具体流程图4所示

　在做图像拼接技术开始前，要先做好选图的前提。本课题首先选取的是不同时间、不同角度但是具有共同部分的几张淮海工学院的主楼的照片，通过基于灰度特征的图像拼接技术合成一幅全景图。（在这种情况成功后，再运用基于变换域的图像拼接技术进行全景图的合成。）图像拼接主要内容如下：

　（1）图像的输入。将选取的不同时间、不同角度但是具有共同部分的几张淮海工学院的主楼的照片通过MATLAB软件中的imread函数进行输入。输入后就通过变RGB图像或位图为灰度图像（rgb2gray）函数将所要进行图像拼接的全景图转换成为灰度图像。

　（2）图像预处理。图像预处理一般包括图像的数字化过程（包括扫描、采样、量化）、图像变换（主要是灰度级变换和几何变换）、图像归一化（主要就是灰度值的归一化）、图像复原（主要是图像平滑技术）、图像增强。

　在数字化过程中，扫描主要就是图像形成的过程，本课题通过照相机拍摄照片形成要处理的图像；采样是将在空间上连续的图像转换成离散图像的过程；量化是把经过采样后的图像转换成像素灰度离散的过程（虽然采样后的图像在空间上是离散的，但是它的灰度是连续的，所以结果不能被计算机处理。）。

　图像数字化过程完成后采用灰度级变换的图像变换方法。对于输入的图像，用灰度级变换T函数进行处理，的到一个与输入图像像素对应的输出图像。

　接着通过对得到的灰度图像进行直方图均衡化处理，实现图像的归一化处理。这个过程是把图像进行了非线性的拉伸，使得图像的像素值重新分配，图像在一定的灰度值范围内像素也大致相同。该过程使用的MATLAB函数是histeg，这是MATLAB软件中最长使用的函数，他能够使图像的视觉效果加强。然后在进行图像的几何变换，主要的就是进行图像的位置变换（平移和旋转）、形状变换（放大和缩小）等变换。

　再接着是图像的复原，它指的就是尽最大可能恢复图像原来的面貌，这是针对于图像的整体而言的。通过对图像进行平滑处理消除图像中的随机噪声；通过中值滤波器滤除图像的本身噪声；通过边缘检测把图像边缘中发生急剧变化的部分进行处理。

　最后的图像增强在图像归一化的时候就已经达到了效果了。总之图像预处理的最终目的就是消除图像中的无关紧要的信息，恢复需要的真实信息，加强有用信息的可检测性和最大限度地使得数据得到简化，进而使得图像特征提取、图像配准和图像识别的可靠性大大加强。

　（3）图像配准。采取指定的匹配政策，找出需要进行图像拼接的模块或是特征点在参考图像中对应的相关位置，从而进行两幅图像间的变换关系。

　图像配准主要有三种配准方法：基于灰度信息的图像配准方法；基于变换域的图像配准方法；基于特征的图像配准方法。具体定义如下：

　①基于灰度信息的图像配准方法：通过两幅图像中相同部分所对应的RGB颜色系统中的灰度级特征，比较其中的相似部分，需找灰度级的相似准则，从而找出图像的配准位置，最终实现图像的配准。

　②基于变换域的图像配准方法：通过傅立叶变换把图像由空间域变换到频率域，再通过不同图像间的互功率直接计算出两幅图像间的平移矢量，最终实现图像的配准。

　③基于特征的图像配准方法：通过提取图像的边缘界线等特征来进行图像的配准、构建方程组，再通过数值的计算来得到变换的参数，最终实现图像的配准。

　 考虑到基于特征的图像配准方法和基于变换域的图像配准方法相对比较复杂，而基于灰度信息的图像配准方法一般是不需要对图像进行复杂的预处理过程，在本设计中首先选择使用基于灰度信息的图像配准方法。

　基于灰度信息的图像配准方法是采用本身图像所具有的灰度值上的一些统计信息来衡量所要处理的图像的相似程度的。在实现上虽然简单，但是应用的范围比较小，不能直接进行图像校正的非线性变换，在选择最优变换的过程中它的运算量也是非常大的。但是随着时代的发展，它的成就还是可观的，人们提出了多种基于灰度信息的图像配准方法，如模块匹配法、交互信息法的等。鉴于前人的研究，本课题采用的是模块匹配的方法来进行基于灰度信息的图像配准方法。

　模块匹配也叫做相关法匹配，它是指通过去存在平移、旋转和缩放的图像，利用它们间的相似性最大化的原理来实现图像的配准。相似准则包括灰度的平归一化函数和相关函数等。采用傅立叶变换来体现图像的平移特性和功率谱密度函数。

　（4）建立配准模型。根据建立起的变换模型或是图像特征之间的相对关系，转换成数学模型，通过计算数学模型中的各个参数的值，从而建立两幅图像的配准模型。

　（5）统一坐标变换。根据建立起的数学模型，把需要进行图像拼接的图像转换到参考图像坐标系中，实习坐标的统一变换。

　（6）图像融合。图像的融合即图像拼接，将两幅已经配准好的图像中的有用信息综合到一幅图像中去，最终得到课题所要完成的全景图。

　它的主要包括图像的预拼接、特征点的提取、图像矩形变换及拼接、图像的平滑处理。配准后的图像往往都会由于视角的不同、分辨率的不同以及光线的不同，在图像拼接后的重叠部分会产生模糊不清、噪声点等不同的问题，接口处也会有明显的细缝。正因为如此，进行图像融合可以进一步的加强图像的视觉效果和客观质量。在图像融合过程中也有和多种融合算法，如基于图像灰度的融合算法、基于变换域的融合算法等。同样，鉴于前人的研究，该课题选择基于图像灰度的融合算法。

　要实现图像拼接技术，选取何种计算机软件也是主要内容之一。该设计选择的MATLAB图像处理软件。所以MATLAB图像处理的基本知识也是设计的基本内容。

　3.课题拟采用的研究手段（途径）和可行性分析

　研究手段:

　    （1）通过选取MATLAB数字图像处理软件来实现图像拼接技术。

　    （2）仔细阅读有关图像拼接技术的书籍、论文、期刊等资料，进行理论知

　识的加强。

　（3）认真学习MATLAB数字图像处理软件，将理论联系到实际操作中去。理

　论联系实际，从实际中发现问题，又从实际中解决问题。

　（4）图像拼接的过程包括输入图像、图像预处理、图像配准、建立配准模

　型、统一坐标、图像融合。把每部分分开处理，最后再合起就能达到设计的目

　的了。

　    （5）主要研究图像的预处理问题和图像配准问题。在图像预处理的过程中

　选择具有典型图像特征的地方进行有关图像预处理的问题。图像的配准过程中，

　根据复杂程度，选取两种相对简单的图像配准方法，即基于灰度的配准方法与

　基于变换域的配准方法。

　    （6）初步进行配准的图像先转换灰度图像进行处理，因为在图像处理问题

　中往往灰度图像的处理是相对比较简单的。灰度图像拼接成功后再来研究彩色

　图像的拼接。

　    （7）研究过程中记录每一部分的结果，方便在出现问题时检查哪里出错了。

　可行性分析：

　图像处理技术在国内外都有很多的成就，基于前人的研究可以加以分析和利用，在他们的基础上研究出更适合大众的图像拼接技术。同时图书馆里、网上等地方都有很多相关资料的文献，认真学习文献资料也能从中获得许多帮助。我们所学的专业知识，也有这方面的介绍。

　MATLAB软件随着计算机的发展也越见成熟，应用在数字图像处理的MATLAB语言也越见完善。就如在图像拼接技术中主要应用的是MATLAB软件中傅立叶变换函数，傅立叶变换技术现在已经有了很高的成就，再加上快速傅立叶变换的引入，使得各部分的变换的数学模型更容易实现。

　通过使用MATLAB图像处理工具来实现图像处理问题，在许多书中都有具体的讲解和例子。图像拼接技术也是图像处理中的一部分，只是现阶段还没有具体完善。

　使用其他方式来实现图像拼接的技术已经应用到各个领域，虽然还待完善，但是已经能够得到相对较高分辨率的图像了。并且图像拼接技术无论使用哪种方法来实现，其最最基础的理论知识大致是相同的。也可以通过学习其他方式形成的图像拼接技术，来研究通过MATLAB图像处理软件来实现的图像拼接技术。

　总之，图像拼接技术在理论和实践中都是可行的。