MATLAB实现的薄板样条图像非刚性配准系统

资 源 简 介

本项目基于MATLAB平台开发，采用薄板样条(TPS)算法构建图像非刚性变换模型。通过求解TPS插值函数，实现源图像与目标图像之间的平滑形变场生成，特别适用于医学图像的精准配准需求。

详 情 说 明

基于薄板样条算法的图像非刚性配准系统

项目介绍

本项目实现了一种基于薄板样条（Thin Plate Spline, TPS）模型的图像非刚性变换功能。通过求解薄板样条插值函数，系统能够建立源图像与目标图像之间的平滑形变场，有效处理图像的非刚性配准问题。该系统特别适用于医学图像分析、遥感图像配准等需要精确局部形变的场景，支持控制点的交互式设置，自动计算最优的TPS变换参数，并提供完整的配准结果分析。

功能特性

• 非刚性配准能力：基于TPS模型实现高精度的图像局部形变配准
• 交互式控制点设置：支持手动指定源图像与目标图像之间的对应控制点
• 正则化优化：采用正则化最小二乘法求解，有效控制拟合平滑度
• 多格式图像支持：兼容MATLAB支持的各类2D灰度/彩色图像格式
• 全面结果输出：提供配准图像、形变场数据、误差统计及可视化结果
• 参数可调节：支持正则化参数λ的灵活调整，平衡形变精度与平滑度

使用方法

基本输入参数

1. 源图像：待变换的原始图像（2D灰度/彩色图像）
2. 目标图像：参考目标图像（需与源图像同维度）
3. 控制点对：N×4矩阵，每行格式为[x1,y1,x2,y2]，分别表示源图像坐标和目标图像坐标
4. 正则化参数：平滑系数λ（可选，默认值为1e-6）

输出结果

1. 配准后图像：经过TPS变换后的输出图像
2. 形变场数据：包含X、Y方向位移场的结构体数据
3. 配准误差报告：控制点处的配准精度统计信息
4. 形变可视化：形变场的网格变形图或矢量场图

操作流程

1. 准备源图像、目标图像及对应的控制点对
2. 设置合适的正则化参数（如需要）
3. 运行主程序进行TPS变换计算
4. 查看生成的配准结果和可视化图像

系统要求

• MATLAB版本：R2016a或更高版本
• 必要工具箱：Image Processing Toolbox
• 内存要求：根据图像尺寸而定，建议4GB以上
• 操作系统：Windows/Linux/macOS均可运行

文件说明

主程序文件整合了系统的核心功能模块，包括图像数据读取与预处理、薄板样条变换参数的计算、基于控制点的形变场构建、图像的几何变换与插值操作、配准结果的可视化生成以及配准误差的统计分析。该文件作为整个系统的入口点，协调各功能模块的顺序执行，确保从输入处理到结果输出的完整工作流程。