TELKOM NIKA , Vol.13, No .2, June 20 15 , pp. 604 ~ 6 1 3   ISSN: 1693-6 930,  accredited  A  by DIKTI, De cree No: 58/DIK T I/Kep/2013   DOI :  10.12928/TELKOMNIKA.v13i2.1432        604     Re cei v ed  Jan uary 17, 201 5 ;  Revi sed Ap ril 1, 2015; Accepte d  April 2 0 , 2015   An Image Registration Method Based on Wavelet  Transform and Ant Colony Optimization      Dape ng Zha ng 1 , Jia y an Li 2*   Information Engi neer D e p a rtment, Hena n V o catio nal and T e chnical  Institute,    Z hengz ho u 45 004 6, Hen an, Chin a   2   Education a l A d ministrati on D epartme n t, Henan  Voc a tio nal  and T e chnica l Institute,   Z hengz ho u 45 004 6, Hen an, Chin a   *Corres p o ndi n g  author, e-ma i l : 3757 96 05@ q q .com       A b st r a ct   Imag e re gistrat i on, as o ne  of t he bas ic tasks  of image  proc essin g , is the  process to re gi ster tw o   imag es a b o u t the s a me  ob jec t ive or  back g ro und  w h ich  ar e   acqu ired  i n  d i fferent ti mes, dif f erent se nsors,   different persp ectives  a nd different  sh ooti ng cond itions.  In t he i m ag e reg i s t ration, b e caus e of the  pro b le ms   that the i m ag e  infor m atio n is  co mplic ated, they h a ve stro ng corre lati on  and i n co mplet eness, in accur a cy   and  non-c onst r uction  occur i n  differe nt lev e ls in th proc essin g , to app ly the  meth od  of computati o na l   intell ig ence i n f o rmatio n  proc essin g  in the i m a ge re gi strati on can h a ve b e tter results than the traditi o n a l   computati on methods.  T h is p aper  prop oses  an i m a ge r egis t ration  meth od  base d  on w a v e let dec o m pos iti o n   and  ant co lony  opti m i z at ion,  w h ich div i des t he pr ocess  of  imag e reg i stration  into co arse  registrati on a n d   refine d registra tion throu gh w a vel e t deco m p o sitio n  techni q ue. In the coarse regist ration,  the transform ation  para m eter valu e of the image  approx i m atio n  comp on ent is acqu ired thr o u gh ant col ony  opti m i z at ion w h i l e   the cha ngi ng  p a ra meter v a lu e  of the ori g in al  imag e is  o b ta ine d  by the  an t colony s earc h  metho d  in th e   refine d reg i stra tion. T he si mul a tion  exp e ri me nt show that this re gistratio n  met hod  has th e char acteristic s   of anti-no ise, fast speed, h i gh  accura cy an d hig h  registrati o n  success rate.      Ke y w ords : Image R egistrati o n , W a velet T r ans form, Ant Co lony Opti mi z a t i on       1. Introduc tion  The im age acq u ire d  by  d i fferent  sen s o r s or by the  same  sen s o r  i n  differe nt times  an d   perspe c tives  are  usually d i fferent, whi c h is ba for the target d e tection  sy ste m , the comp uter  vision  syste m  and  the  ima ge fu sion  an d  whi c h  w ill  m a ke  the  sy ste m  ge nerate e rro r i n form ation  of the target [ 1 ]. The p r o c e s s to elimi nat e the  differen c e i s   call ed i m age  re gistration. The  ba si probl em of image regi stration is to propo se  an im age tran sfo r mation meth od to be use d  to   corre c t the coordi nate s  a nd deformati on of the  image. For exa m ple, the image s of the same  scene ta ken  at different times o r  by di fferent  se nso r s from different persp ecti ves may hav some tran slat ion and  rotation and they  are in diffe re nt coo r dinate  system s;  therefore, they n eed  to be co rrect ed. The r e a r e many re asons  cau s in g the imag e def ormatio n . For instan ce, in  the  remote  sen s i ng imag e, the sen s o r  noi se, the c han ges  su ch a s   the deformation, moveme nt o r   gro w th of th e  obje c ts to  be  take n, atmo spheri c   ch ang e and  lightni n g  a s  well a s   clou d covera ge   and sha d o w  may  re sult  in  deform a tion of  different  fo rms in the  im age. Th e diff erent  ca uses  and  forms of im ag e defo r matio n  have  re quire d different   co rrespon ding  i m age  re gist ra tion techniq u e s   [2].   Image regi stration could  b e  dated  ba ck to as   early  a s  the  1970 s i n  Ameri c an d there  are  plenty  of rese arche s   ab out r egist ratio n  techniq ue i n  ma ny fi eld s . Cu rre ntly, the do me stic  a nd  oversea s  ap plicatio n field s  with lot s  o f  re se arche s  on image  registration te chni que in clu de:  infrared im ag e p r o c essin g , rem o te  sen s i ng ima g e  pro c e ssi ng, di gital map  lo cati on a nd  medi cal  image proce ssi ng [3]. Usually, the registratio n   of the transl a tio n , rotation, scalin g and the   transl a tion dif f eren ce s in g eometri c di stortion a r e the  main re se arch  content s. After doze n of   years of re search, ima g e  regi stratio n   tec hni que  ha s ma de  cert ain re se arch  achi evemen ts;  however, the r e a r still some limitatio ns in  the  a p p licatio ns. So  far, many i m age  regi stration   method s hav e been rai s e d  in the world and these  methods ca n be divided  into: manual  regi stratio n  a nd a u tomati c re gistration   while  the  latter i n cl ude s t he featu r e - ba sed  meth od  and   the grayscal e-ba se d method [4]. The grayscale - b a se d method  is stron g ly depe ndent o n  the   image g r ay scale  and  gre a tly sen s itive to the imag e scalin g an d rotation; b e sid e s, it is  very   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 930       An Im age Registration Met hod Based on Wavele t Transform  and Ant Colony ... (Dapeng Z h ang)  605 compli cate d and  the appli c ation ha hu ge  re stri ctio n s . Instea d of  dire ctly ope ra ting on the im age   gray, the fea t ure-ba sed m e thod ten d to extrac t co ntrol st ru cture in the feat ure  spa c a nd  reali z e im ag e re gistratio n . With the  developm e n t of com p utation intelli gen ce, intelli gent  algorith m are increa sin g l y  used i n  im age regi st rati on an d play  an impo rtant  influen ce o n   the   effects an d efficien cy of the image re gistration [5].    With the feat ure - ba se d im age regi strati on as th e fou ndation, this  pape r imp r ov es  such   method by i n tegratin g wavelet analy s is a nd a n t colo ny optimi z ation  so a s  to expand t h e   appli c ation ra nge of the matchin g  algo ri thm and make the matchi ng effects m o re out standi ng  while p r e s e r ving its origi nal pe rform a nce. Ta ki n g   the mutual i n formatio n a s  the si milarity  measure of t he ima ge  re gistratio n , it  can  autom atically a d just t he tra n sfo r m a tion p a ram e ter  scope s of co arse regi stration  a n d   refin e d   regi strati on   and it  ha bright  ap plica t ion p r o s pe ct  as  a universal fu lly-automati c   image  regi stration metho d . This p ape r first explai ns t he pri n ci ple a n d   mathemati c al  model of im a ge re gist ratio n  as  we ll a s  t he re gist ratio n  method  ba sed on fe ature s then it p r op o s e s  the  ba si workflo w  o f  fully- autom atic m u tual-i nformatio n  i m age  re gistration   according to  wavelet the o ry and ant  colo ny optim ization a nd its final pa rt is the sim u lat i on  experim ent a nd analy s is.       2. Principles of Image Re gistra tion   2.1. Definitio n  and Math e m atical  Model of Image Registration  Image regi stration is th e p r ocess to m a tch,  overlay  or p r o c e ss t w o o r  mo re i m age s of  the same  scene a c qui red  at different times by  different sen s o r s (im agin g  device s ) u n d e r   different  conditions (weat her, illuminati on, camera  position and angle) an d it i s  a fundamental  probl em of image processi ng.   Two imag es of the same scene taken unde r dif f erent imagin g  conditio n s may be   different i n  d e f ormation  an d  rotatio n . Ima ge  regi stra tio n  is to m a ke t he im age wit h  different g r a y   scale s  a nd  g eometri c t r an sform a tion i n to the  imag es with  con s ist ent g r ay  scal e an d g eom e t ry.  Assu me that  the two-dime nsio nal a rray s   1 (, ) f xy  and 2 (, ) f xy  stan for the g r ay-scale valu es  of  the corre s po nding  gri d  p o sition s i n  th e two  imag e s , then  the r e  exists such  a tran sfo r mat i on  relation b e tween the two i m age s.     21 (, ) ( ( ( , ) ) ) f xy g f h x y                                                                                                                  (1)    In this  formula,  g  is the grayscale or  radi cal transfo rmat ion functio n  and  h  refers  to the  two-di men s io nal co ordi nat e transfo rmat ion. Acco rd i n g to the prop erty of affine transfo rmati on,  its affine tran sform a tion m odel is:     co s s i n si n c o s x xx y yy                                                                                                        (2)    In this  formula, , x and  y are th e regi stratio n  para m eters o f  these two i m age s.      2.2. T y pes of Image Tran sforma tion   The mo st fun damental  pro b lem for all i m age r egi stration tech niq ues i s  to find  out the  prop er ima g e  tra n sfo r ma tion o r  m a p p ing type  to  match two  imag es correctly. After  the   con s i s ten c y of the image  feature i s  est ablished, t he  matchin g  fun c tion is al so  establi s h ed. We  hope to tran sform the o b se rvan ce i m age to ma ke  it registe r  with the referen c ed ima ge.  Therefore,  th e de sig n  of  m appin g  fun c ti on  shall  co n s i der an d g e t cl ose d  to  the  consi s tent  co n t rol  points of the  observan c e i m age an d the  refere nced i m age a s  mu ch as po ssible.   1) Rigi d-Bo dy Tran sform a tion   If the dista n c between  the two  poin t s of  the  first image  rem a ins the  sa me whe n   transfo rme d   to the  se co nd ima ge, t hen thi s   ki n d  of tran sfo r mation  is called  rigid - b ody  transfo rmatio n. Rigi d tra n s form  can  b e  de com p o s ed into: tran slation,  rotati on a nd  (mirror)  revers al. Its  trans form formula is  as  follows :   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          ISSN: 16 93-6 930   TELKOM NIKA   Vol. 13, No. 2, June 20 15 :  604 – 61 3   606 21 21 co s s in sin c os x y t xx t yy                                                                                                   (3)    In this  formula, x t  and y t  are the transl a tion  while  is the ro tation angle.   2) Affine Tran sform a tion   If the transfo rmed st raig ht line in the first  image  remai n s the  strai g h t  line whe n  m appe in the second image  and maintai n  an  equilibrium   relation, such t r ansform a tion is called affine  transfo rmatio n. Affine transformation  can b e  di vid ed into line a r  (mat rix) tra n sformation  and   transl a tion tra n sformation  with a tran sfo r mation form ula as follo ws:    21 21 co s s i n * sin c os x y t xx s t yy                                                                                                       (4)    In this formula,  x t  and y t are  th e tra n sl ation;    is the  rotatio n  an gle  and   s is the  scaling.  The mo re co mmon two - di mensi onal aff i ne tran sform a tion formul a is as follo ws:    13 21 1 1 2 1 23 22 1 2 2 1 a xa a x a ya a y                                                                                                              (5)    3) Proje c tion  Tran sfo r mati on   If the transfo rmed st raig ht line in the first  image  remai n s the  strai g h t  line whe n  m appe in the secon d  image  but  the parallel  relation ship m a intain s the  same,  su ch t r an sform a tion  is  calle d p r oje c t i on tra n sfo r m a tion, which  can  be  sh o w n by the  line a (matrix) transfo rmatio n  in   high-dimen s i onal spa c e. Its tran sformati on formul a is:     1 1 1 1 2 1 13 21 1 2 2 1 23 22 31 1 3 2 1 3 3 31 1 3 2 1 33 ax a y a a x a y a xy ax a y a a x a y a                                                                           (6)    4) No n-li nea r Tran sfo r mati on   Non - line a r tra n sformation  can tran sfo r straig ht  line i n to cu rve. In the two-dime nsio nal  spa c e, it can  be expre s sed  by the following formul a:     (, ) ( , ) x yF x y                                                                                                                                  (7)    In this  formula,  F  refers to  any function  form to map  the first image to the se con d   image.       2.3. Featur e-based Image  Registration   The meth od s of image  re gistratio n  ca n be divid e d  into two  kin d s: g r ayscal e-ba se method an d feature - ba se d method. As the mo st  freque ntly see n  method, th e feature - ba sed   image regi stration  sele cts the  features whi c h ca n  be  easily  extracted and  which ca n rep r e s ent   the simila rity of the image s to be regi stered as th e re gi stration  ba sis for the image s with diffe re nt  prop ertie s .   The featu r e-based regi stration alg o rith m take cert ain imag e fe ature s  (point,  line an regio n as th e re gistration  primitives.  Firstly,  extra c t the features  su ch  a s  th points, lin es  and  regio n s with  obviou s  g r ayscale  cha nge s from  two i m age s an d form feature  set. Then  sele ct  the   feature s  with  a co rrespon ding rel a tion a s  much  as   po ssible from the  corre s p ondin g  feature  poin t   sets of th ese  image s by  u s i ng featu r e  m a tchin g   al gori t hm. As fo r th e no n-feat ure  point s, p r o c e s and d edu ce t he corre s po n d ing mat c hin g  relatio n  thro ugh  su ch met hod s a s  interpolation  so  a s  to  reali z e th e p e r-pixel regi stration  betwee n  two  im ag es. The  co re  st eps of featu r e-ba se d ima g e   regi stratio n  al gorithm i n cl u de: feature e x tracti on, feat ure m a tchi ng,  model  para m eter e s timat i on,  image tran sformatio n  an d  grayscal e int e rpol ation [6 ] .  The entire  algorith m  flo w  is  as foll o w s in   Figure 1.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 930       An Im age Registration Met hod Based on Wavele t Transform  and Ant Colony ... (Dapeng Z h ang)  607     Figure 1. The  flow cha r t of image regi stration       3. Wav e let Anal y s is   3.1. Mallat Algorithm   Mallat al gorit hm (nam ely the two-scale   equatio n)  is the m o st fu nd amental  characteri sti c   the multi-sca l e analy s is g i ves the  scal ing fun c tion  () t and the  wav e let functio n   () t and it  descri b e s  the  internal  relat i onship bet ween the two neigh borhoo d  scal e  spa c e s   1 j V  and  j V  or  betwe en the  basi c  fun c tion s of the neigh borh ood  scal e spa c j V  and the wavelet space  j W .   () t  and   () t can  b e  expa nde d  linea rly wit h  the  orth o gonal  ba si s 1, () n t  of the  1 V spa c e.      01 , 0 11 , 1 () ( ) () 2 ( ) ( 2 ) () ( ) () 2 ( ) ( 2 ) n nn n nn th n t h n t n th n t h n t n                                                                             (8)    Here, the ex pan sion  coef ficients  01 () , ( ) hnh n  are  01 , 1 1 , () , , ( ) , nn hn h n    and  they are dete r mine d by () t  an () t , which h a ve nothing to d o  with the sp ecific  scale.   Proje c t any  () f t  to the spa c e s   of  j V j W  respe c tively and get the followin g   __ 22 ,, ( ) 2 ( 2) 2 ( 2) jj jj jk jk kk f tc t k d t k                                                                     (9)      Im age registra tion    Reg i stratio evaluation  Determ inati o n o hom onym ous poi nts   Im age pre p roc e ssing  Feature  extraction  Feat ure  m a t c hing   Det e rm i n at i on  of  space  t r a n sf orm a t i on m odel   Est i m a t i on of   m odel  param e ters   Im ag e in terpo l atio n  an d tran sform a t i o n       Im ag e acq u i sitio Refere nce im age   Im age to be  re gistered    Reg i stratio n resu lt  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          ISSN: 16 93-6 930   TELKOM NIKA   Vol. 13, No. 2, June 20 15 :  604 – 61 3   608 ,, , jk j k cd  are the expa nsio n co effici ents of  j scale and     ,0 1 , , 1 1 , (2 ) , (2 ) jk j m jk j m mm ch m k c d h m k c                                                                   (10)    Gene rally,  ,, , jk j k cd are call ed the  scaling  co efficient a nd  wa velet coeffici ent. Form ula   ( 1 0)  d e s c r i bes  th a t   ,, , jk j k cd in the  j spa c can  be  obtained f r o m  the wei ght  sum of the  scalin g   coeffici ent after the filters 01 () , ( ) hnh n  in the scale  space of  1 j and t hey can  be e x pande d to a n scale  spa c e if  decompo se d  contin uou sly [7]. As indi cat ed in Fig u re  2, the re con s t r uctio n  form ul is:     1, , 0 , 1 (2 ) ( 2 ) jm j k j k kk cc h m k d h m k                                                                             (11)          Figure 2. Wa velet decom p o sition di agra m       3.2. Image Wav e let Deco mposition a nd Rec ons tr uction   As a multi-scale image g e o metri c  analy s is t ool, wave let transfo rm  has ex celle nt spa c e- domain  an freque ncy - do main lo cality  and it  ha been  wid e ly  applie d in th e imag e fu si on.  Wavelet de compo s ition a nd re con s tru c tion is to u s e two one -di m ensi onal filters to  reali z e  the  fast wavel e decompo sitio n  of two - dim e nsio nal ima g e  and  then  re alize th e ima ge recon s tru c tion   with two one -dimen sion al filters. Figu re 3 is  the diagram of the image after thre e-level wavelet   decompos i tion [8].          Figure 3. Three-level im ag e wavelet de compo s ition di agra m   3 1 H 3 L 3 2 H 3 3 H 2 1 H 2 2 H 2 3 H 1 1 H 1 3 H 1 2 H I npu tsig n a l   0 () hn   1 () hn   0 () hn 1 () hn   0 () hn 1 () hn   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 930       An Im age Registration Met hod Based on Wavele t Transform  and Ant Colony ... (Dapeng Z h ang)  609 Her e L is the  low-f r eq uen cy part  of the  image  an d i t  gathers its  main e n e r gy. And   12 3 ,,, ( 1 , 2 , 3 ) jjj HHH j are the high -f requ en cy co mpone nts in  the hori z o n tal, vertical and  diago nal  dire ction s  in the  h j t level. The y  are the ima ge detail s     4. Basic Implementa tion  of An t Colon y  A l gorithm   Ant colony algorithm is first used to sol v e the traveling sale sm an  problem (TSP). TSP  probl em refers to the p r ob lem in term of the  sho r te st path when  traveling  sal e sma n  iterat es  throug h all  ci ties in o ne  certain a r e a . In ord e to ill ustrate th e thoug ht of this alg o rithm  more   conveniently, we still take the solution of  traveling sal e sman probl e m consi s ted by  n  cities on   the flat surfa c e a s  an  exa m ple to analy z e the b a si c prin ciple of  ant  colony  al g o rithm. Fo r other  forms of o p timization  an al ysis, the  corresp ondi ng  o p timization  al gorithm  will   be mo dified  and  obtaine d on the ba sis of such p r obl em.   First of all  we  sho u ld ma ke  some  assu m p tions i n  terms of the a n t sea r ch envi r onment   and al so set some  spe c ific param eters:  Set  () i bt  as the a n t numbe r ex isting at mo ment  t  by element  i ; () ij t  the ph erom one  con c e n tration  value at mo ment t on the  path (, ) ij n  the city number i n  TSP and  m  the scale of  the ant  alg o rithm, i.e.  the total a n t  numb e a m ong  the  a n t col ony,  and 1 () n i i mb t  () | | ij i i Lt c c C  the set  of ph erom one  re si due s on  path s  am ong  all  cities  at mom ent t. At  the initial time of the ant  colo ny algo rithm,  phe ro mone o n  ea ch p a th is  u s ually  set a s  a  con s tant () ij tc . During the se arch pro c e s s on  the path of the ant  (1 , 2 , , ) kk m , its  next  sea r ch path will be determined by the pherom o ne concentratio n  on different p a ths.  () k ij P t  stand for the selecti on pr obability  of the ant  k  transfe rs to ele m ent (city)  j  from eleme n t (city)  i at the  moment   t        , 0 k ij i j k k ij ij ij s a llow e d tt if j a ll owe d tt Pt Ot herw i s e                                                              (12)    In whic h,  k a llowe d stands for the cit y  allowable to  be sele cted by ant  k  in the next step,   is the  ph ero m one i n ten s ity impact  fact or,  whic sta nds for sen s itive degree  by the a n t t o   pheromo ne  concentratio n   and al so  sho w s th e relative  impo rtan ce  of this p a th, a nd the l a rg er  its  value is, the more vulne r a b le the ant is to the impact of the pherom one con c entration wh en  sele cting the  next search  path. The a n t is more  vulnerable to  sele ct the p a th with hig h er  pheromo ne concentratio n , i.e. the  path that has b e en walke d  b y  more ant s. In this way,  the   comm uni cati on info rmatio n amo ng  ant s i s  al so  enh anced to  ma ke the  coo r di n a ting me ch an ism  more obviou s .  refers to the visibility factor, namely  t he expectation fact or, which shows the  importance of  the ant’s  own visib ility to the path  selection, and th e larger it s value i s , the  more  depe ndent  th e ant  on th visibility information  whe n   sele cting  the  path. When  the valu e i s  v e ry  large, the  ant  will select the next search  path by  an  almost greedy rule but  ignori ng the impact  of  the pheromo ne.  () ij t  is the he uristi c functio n  and its  expression formul a is as follo ws:    1 () ij ij t d                                                                                                                                       (13)    In whic h,   ij d  sta nds for the  di stan ce  betwe en  two  adja c ent ele m ent s. The  smalle ij d is ,  the clo s er th e distan ce be tween two cities, mean whil e the large r  the  () ij t  is, the larger  k ij Pt   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          ISSN: 16 93-6 930   TELKOM NIKA   Vol. 13, No. 2, June 20 15 :  604 – 61 3   610 is, the larger  the probability of t he  ant  selects such  city in the nex t step i s , that is to  say, this  function  sho w s the expe cta t ion degree val ue of the an t from one cit y  to another.   With the  con s tant  sea r ch  of ants,  phe romone  will  b e  left on  a l o t of path s . In  order to  prevent that t he con s tant accumul a tion  of la rge  re si dual ph erom one o n  ea ch  path cau s e s  the  ant to ignore  the visibility i n formatio n, the  re sidu al phero m on e amount on ea ch path shoul d be   update d  whe n  every  ant  complete s o n e  se arch  step   or the  ant fini she s   se arche s  of  n  c i ties   (i.e.  one iteration  of the algo rithm is complet ed).Th u s, the  pheromon con c e n tration  on path  ij  at  the moment  tn   can b e  adju s t ed acco rdin g to the followin g  formula:       +1 ij ij ij tn t t                                                                                                   (14)      1 m k ij ij k tt                                                                                                                          (15)    In whic h,  represents the pherom one  volatilization factor,   1 the phe rom one  re sidu al  factor. In  o r der to g e close r  to  the  ant  gro u p  in the  natu r e  and  p r even t the ex ce ssive  accumul a tion  of the phero m one, and u s ually  ' s value scope i s 0, 1 . After one iteration is  finis h ed,   ij t  is used to  sh ow th e p heromone  in cre m ent on  pat h ij , and  the i n itial  time 0 ij t  k ij t  sho w s the phe rom one am ount l e ft by ant  k  on the path  ij  in thi s   sea r ch  pro c e ss. In  the  a n t col ony al gorithm , th e  upd ating  strategy of  phe romo ne  dire ctly   determi ne s the algorith m ’s  efficien cy an d su cces s, a nd the upd ating stra t egy of the pherom one   is de cide d by the probl em feature s  to be  resolved [9],[10].      5. Image Re gistra tion Process  Bas e d  on Wav e let Analy s is and ACO   The mutual -i nformatio n  image regi stration pro c e s s ba sed o n  wavelet de co mpositio n   and ant colo ny optimizati on incl ude s three p h a s e s : pre-pro c e s si ng, coa r se registration a nd  refined  regi st ration. Th e core ta sk i n  the coarse  re gistratio n  is t o  qui ckly det ermin e  the lo cal   scope of the  optimum value of the image re gist rati on paramete r . In orde r to overco me the   sho r tco m ing  that the image regi stration me thod  based on m u tual inform ation ha s h uge   comp utation,  the co mputati on in  the  regi stration  ca n b e  red u ced th rough  wavel e t decompo siti on  in the  co arse  re gistration.  After that, an t colo ny  opti m ization  can  obtain  fa st co nverge nce  from   the relatively  wide  sea r ch scope. It is autom at ic  and unive rsa l . The re sult  of the coa r se   regi stratio n  can be the i n itial paramete r  to be  optimi z ed in the  refi ned regi strati on an d the lo cal  scope  of  refi ned  re gistration p a ramete r ca be  dete r mine d a c co rding to  the  a c cura cy  of  the   image to be  registe r ed.  Whe n  enteri ng in t he re fined regi stration, we ad opt the mutual  informatio n as the mea s ure of the image regi strati on . Its essen c e  is to search  the regi strati on   para m eter  un der the  maxi mum mutuali n formatio n.  Since th e mut ual informatio n of two ima ges  has lo cal extremum in the  sea r ch spatia l sco pe an d the co mputati on is la rge, gl obal optimi z a t ion  is nee ded to increa se the registration sp eed. In her e,  refined  regi stration is re alized by using a n colo ny sea r ch method.    The  step s of t he fully-a uto m atic m u tual-inf ormatio n  i m age  re gistra tion ba se d on  wavel e analysi s  an d ACO are indi cated in Fig u re 4.  (1)  The  wavel e t decompo si tion of the im age to b e  re g i stere d . Perfo r th k level wav e let  decompo sitio n  on th e refe ren c e im age   A I and the  floati ng ima ge  B I an d extra c t thei th k level   approximate comp one nts  k A L L  and  k B L L .   (2)  Coa r se re gistratio n  of the app roxima te  comp one nts. Take the  mutual inform ation of  the approximate com p o nents k A L L  and  k B L L as the simil a rity measure; registe r k A L L  and   k B L L according to the ant col ony optimization  and get  the o p timum (sub -optimum) tra n sformation   para m eters  ,, , s xy   of the approxi m ate com pon ent coeffici en t image.   (3)  Refine d regi stratio n  o f  the original   image. Det e rmin e the scop e of the refine d   regis t ration parameter, take the mut ual  informatio of the origi n al image A I  and B I  as the   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 930       An Im age Registration Met hod Based on Wavele t Transform  and Ant Colony ... (Dapeng Z h ang)  611 simila rity me asu r and  search th re gistratio n  p a rameters  ,, , x ys  of the o r igin al i m age A I and B I  through  ant colo ny op timization.           Figure 4.  Image re gist rati on pro c e s s b a se d on wavelet analysi s   and ACO       6. Experiment and Per f o r mance Anal y s is  In order to  verify the p e rform a n c e   of  the al go ri thm of thi s   pape r in  the  imag regi stratio n , simulation exp e rime nt ha been  co ndu ct ed on th e st anda rd te st image Satu rn  in  the Matlab en vironme n t. The experime n t use s  2-l e vel DB4 wavel e t decompo sitio n  and take s the   norm a lized m u tual inform ation as the  si milarity m easure. The p o p u lation si ze of the ant col ony  optimization are all  30,  th e pherom one volatilization  factor i s   0.7, t he pheromone intensity factor  is 1.0, the e x pected  heu ristic fa ctor i s  1.5,  and the  maximum g eneration i s   200. In order to   redu ce th e i m pact th e ra ndom fun c tio n  pla c e s  on t he result, thi s  pape r ta ke the avera ge  value  of 30 experim ents a s  the e x perime n tal result.        Figure 5  (a d) i s  the  Sat u rn i m ag e re gistratio n   re sult. (a) is the  origi nal im a ge; (b ) i s   the  imag of (a) after rotati ng  27 .8  and tra n sl ating 10 x  and  18 y   (firs t  rotating, then  transl a ting an d then dire ctl y  cutting the part out of  the bound ary);  (c) is the re gi stere d  imag e  o f   (b) and  (d ) i s  the i m age   by addin g  (a ) an d (c). It can  be  se en  from  (d) tha t  the re gistra tion   accuracy i s  very high a nd  sin c e the lin e  transit io n in  the overla ppi ng se amin g of two image s is  exactly the same a s  (a ),  there i s  no v i sual di slo c ati on. Figu re 6  has  sho w that in the pre- optimizatio n, the mutual informatio n value of AC O increases rapidly ,  s ugge sting that ACO ha s a   Pre p r o cessing                                   Coarse registrat i on                                                Refi ned re gistration  Im age A I   Wav e let  decom posi t i o n         Wavel e t  dec o m posi t i on  coefficient K A L L   K A L L   A I   Im age B I   Wav e let  decom posi t i o n         Wavel e t  dec o m posi t i on  coefficient K B L L   K B L L   B I   s x y   ACO re gistration   k A L L and k B L L   ACO rg istration  A I and B I   s x y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          ISSN: 16 93-6 930   TELKOM NIKA   Vol. 13, No. 2, June 20 15 :  604 – 61 3   612 fast converge nce  speed  a nd that   A C O achi eves  th e extremum m u tual  info rmat ion  value   wit h in  50~100  gene ration s, indi cating that ACO ha s a fa st regi stratio n  speed  and a  h i gher  re gistra tion  su ccess rate in  the po st-re g istr atio n. Th erefo r e, the  i m age  re gistration meth od  pro p o s ed  in  this  pape ha s o b t ained  high er mutual  info rmation val u e  (n amely fitn ess valu e) a nd it  sh ows t hat  ACO  ha s hi gh  regi stratio n  a c cura cy  and th at it  can  re sist th e  interfe r en ce  su ch  a s  im age   missi ng.                (a)                                                                 (b)              (c)                                                                 (d)    Figure 5. Saturn ima ge re gistratio n  re sults          Figure 6. Average fitne ss e v olution cu rve of  30 image  regist ration e x perime n ts in  saturn   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 930       An Im age Registration Met hod Based on Wavele t Transform  and Ant Colony ... (Dapeng Z h ang)  613 7. Conclusio n   The ima ge re gistratio n  aim s  to elimin ate  or  redu ce dif f eren ce s of the imag e in t e rm s of  time, sp ace,  pha se  and  re solutio n  et c.  whi c h i s  th e v i tal step  in th e imag e fu sio n . Thi s  p ape has  combi ned th e image’ chara c te risti c s and the  m u tual inform ation, and t a ke n the m u tual  informatio n a s  the test of the simila rity of t he image  regi stratio n , and also ha s p u t forwa r d a kind  of image regi stration  meth od ba sed  on t he wavel e t d e com p o s ition  and the a n t colo ny algo rithm.  Thro ugh exp e rime ntal ana lysis,  su ch m e thod can a c curately determine the mat c hin g  point, a n d   has  achieved  satisfa c to ry results in  accura cy,  spee d and  rob u st ness et c., which  ca n be  wel l   applied to multi-sensor images.       Referen ces   [1]    Jun S, Ya n W ,  Xi ao hon g W ,  e t  al. A Ne w  Ima ge Se gme n tati on Al gorithm  a nd It’s App lic ati on i n  lettuc e   obj ect segm en tation.  T E LKO M NIKA Indo ne sian J our nal  of Electrica l  En g i ne erin g . 20 12;  10(3):  557- 563.   [2]    Bo Z ,  Ryo I, Jun T ,  et al. A  Coars e -to-fine  IP -driven R egi stration for Po se Estimation  from Singl Ultraso und Ima ge.  Co mp uter Visio n  and I m a ge Un dersta ndi ng . 201 3; 117( 12): 164 7-1 658   [3]    Cha ngso o  J, H y un g MP. Optimize d hi era r chic al B l ock  Matchin g  for  F a st and Acc u rate Imag e   Registr a tion.  Si gna l Processi n g : Imag e Co mmu n ic ation . 2 0 13; 28(7): 7 79- 791.    [4]    Em y  S,  Catur  I. Image E n cr yp tion  on  Mob ile   Phon usin g S uper  Encr ypti o n  Al gorithm.  TE L K O M N I K A   Indon esi an Jou r nal of Electric al Eng i ne eri ng.  2012; 1 0 (4): 8 35-8 43.   [5]    F r ancesco  B,  Alberto  S. Glo bal  Re gistrati o n  of  Lar ge  Co ll ections  of  Ran ge Ima ges   w i t h  a n  Impr ove d   Optimization-on-a-Ma nifol d  Appro a ch.  Ima g e  and Vis i o n  C o mputi ng.  20 1 4 ; 32(6): 43 7-4 51.   [6]    Rajiv S, Ashi sh K. F u sion  of Multimoda l Medica l Images usi ng Da ubec hies C o m p le x W a vel e t   T r ansform-A M u ltires olution A pproach.  Infor m ati on F u si on .  2014; 1 9 (9): 4 9 -60.   [7]    A Anoo p S, Mathe w  F ,  T S  Kav y a, etc. Dis c r ete W a vel e t T r ansform Bas e d Image F u s i o n  an d De- Noising in FPGA.  Journal of El ectrical Syste m s and Infor m ati on T e chn o l ogy . 2014; 1(1): 72 -81.   [8]    Erick JCR, Jo aqu im R, Edith  PC, et al. Statisti cal An al ysi s  of Brain T i ssue Imag es in  T he W a velet   Domai n : W a vel e t-base d  Morp hometr y N eur o Ima g e . 20 13;  72(15): 21 4-2 26.   [9]    Vahi d N, A i da  HB, et a l . Ap plicati ons  of H y br id  W a v e l e t-artificial  Intel lig ence  Mod e ls  i n  H y dr ol og y.   Journ a l of Hydr olo g y . 201 4; 514(6): 35 8-3 7 7 .   [10]    Raso ul R, R u bi ya h Y, et  al.  H y brid  T e chni que  of Ant Co lon y   and  Parti c le S w a rm Op timizatio n  for  Short T e rm  Wind En erg y  F o recastin g.  Jour nal of W i nd E ngi neer in g and  Industrial Aer odyn a mics 201 3; 123( 12): 163- 170.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.