一种岩石薄片单偏光和正交偏光图像拼接方法技术

本发明专利技术公开了一种单偏光和正交偏光岩石薄片图的拼接优化方法，该方法利用拍摄微观薄片序列图时载物台移动的规律性，在拼接过程中，对特征点较少的图片的单应性矩阵进行单独的计算，再对图片的融合位置进行检查修正，改进图片拼接时存在的某些特征点较少的图片无法拼接或者拼接的完整薄片的出现错位的问题。同时，由于同一薄片的单偏光图和正交偏光序列图的拍摄方式相同，使用单偏光图的位置矩阵信息指导正交偏光图的拼接，从而大大减少了正交偏光图拼接所需时间。

【技术实现步骤摘要】
一种岩石薄片单偏光和正交偏光图像拼接方法
本专利技术涉及一种岩石薄片的单偏光和正交偏光图的拼接优化方法，属于图像拼接领域。
技术介绍
在石油地质部门，为了保存岩石的数据信息，通常将岩石制成岩石薄片，而岩石薄片容易破碎，且易受到风化、腐蚀等因素影响而损坏其原始的岩石形态和组构。显微镜作为应用广泛的光学仪器，能将肉眼不能分辨的微小物体放大，方便人们观察物体的微观结构特征，在显微镜下可以观察到岩石薄片的微观形态和结构，如在偏光显微镜下观察岩石薄片的光学特性，可以对岩石进行类别鉴定，在荧光显微镜下观察岩石薄片可以进行矿物的含油、含水分析。因此可以通过专业的图像采集设备获取显微镜下观察的岩石薄片图像，形成完整的岩石薄片图像资料，有助于保存原始岩石薄片的信息，对于岩石薄片的后期研究具有重要意义。序列图的采集采用全自动显微图像采集系统，全自动显微图像采集系统在硬件上要求用计算机自动控制载物台x、y、z三轴，用于连续采集序列图像，也可以通过加入偏振片的方式改变光路，获得同一视域下不同角度的正交偏光图像。但是由于显微镜自身成像特性、相机靶面等因素的限制，采集的单幅图像往往只能反映整张薄片的部分视域信息，无法观察到整张薄片的全部概貌。因此需要通过移动载物台来连续采集一张薄片的多个视场，形成序列图像，然后采用图像拼接技术得到高分辨率的全薄片图像。在显微图像的采集过程中，一张岩石薄片若在5倍的物镜的显微镜下拍摄，通常需要拍摄几十到几百张的图片不等，然后再将其拼接成完整的岩石薄片图。在图片采集时，通常需要采集岩石薄片的单偏光和正交偏光序列图，在序列图的采集过程中，若拍摄的初始位置设置在左上角和最终位置设置在右下角，然后通过初始设置确定拍摄图片的行数m和列数n，确定行列数后，载物台从左到右移动，拍摄第一行的n张图片，然后移动到第二行，从右到左移动，拍摄第二行的n张图片，以此类推，奇数行载物台从左到右移动，偶数行从右到左移动，直至整张薄片都拍摄完成，然后切换到正交偏光，载物台移动到拍摄初始位置，以同样的移动路径拍摄正交偏光序列图，若拍摄的初始位置设置在右下角，则移动方向相反。在某些视域内没有任何特征物体时，拍摄得到图像可能会出现“全白”或者“全黑”(正交偏光情况下)，传统的基于图像特征点的拼接方法无法捕获足够的特征点，也就无法计算图像间的单应矩阵，导致全薄片图像无法正常拼接。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种修正岩石薄片单片光和正交偏光序列图由于特征点较少而无法拼接或拼接错位的方法。本专利技术通过以下技术方法来实现上述目的：1、一种岩石薄片的单偏光和正交偏光图拼接的优化方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)计算所有待拼接的单偏光图片的特征点数目，计算相邻图片的匹配点数目，用RANSAC算法剔除部分误匹配点，对匹配点数目小于4的图片进行标记；(2)统计所有单偏光图片的单应矩阵坐标值，对被标记的图片的单应矩阵进行计算赋值；(3)通过单应矩阵计算单偏光图片的位置矩阵信息，对计算出的位置矩阵信息进行检查；(4)通过位置差值，对错误的位置矩阵信息进行修正；(5)将修正后的正确的位置矩阵信息保存；(6)使用位置矩阵信息指导单偏光图片进行图像融合；(7)将步骤(5)中保存的位置矩阵信息读入，用于同一薄片的正交偏光图的融合计算。上述方法的基本原理如下：在图片的拍摄过程中，对于拍摄的初始位置设置在左上角的，所有偶数行的图片采集移动方向都是从右到左，所有奇数行都是从左到右，在相邻两行首尾采集的移动方向是从上到下。对于移动方向和移动步长都相同的相邻两幅图片，其单应性矩阵的大小具有相似性。故对于有些特征点较少的图片，用具有相同移动方向的图片的单应矩阵的平均值代替其单应矩阵。由于采集图片的载物台是按直线移动的，且每次移动步长相同，因此任意偶数行和奇数行的位置信息具有一定规律性，故可通过检查修正错位的位置信息。具体地，所述步骤(1)中，假设一组已经经过预处理后的N幅序列图像为f1(x,y)，f2(x,y)...fN(x,y)(N＞2),首先对每幅图像查找其特征点存放于相应的特征向量中，记为ft1,ft2...ftN(N＞2),如果在查找SIFT特征点的过程中碰到当前图像无特征点，或者特征点少于4时，将当前图像的fti设为NULL，即该特征向量长度为0。依据面阵相机成像原理以及载物台的运动成像变换矩阵，同一个空间中同一特征的两幅图像中该特征的坐标可以用一个3×3矩阵进行转换，即下式：对上式进行整理可得：其中，(x1,y1),(x2,y2)分别是两幅图像中同一个特征点的坐标，M为变换矩阵，。若已知(x1,y1),(x2,y2),需要求出H矩阵中的各项参数，分析已知，两幅图像中一个特征点匹配需要对应两个方程，而需要求解8个参数，则需要4个匹配点，(这也是上述匹配的特征点的数目需要大于4的原因)。若两幅图像重叠区域由多个匹配点，则可以提高变换矩阵的精度，将所有匹配点带入上式，可得：所述步骤(2)中，若当前图像的特征向量fti以及它的下一幅图像的特征向量fti+1的长度均大于0，将它与下一幅图像进行粗匹配，按照上式可获得相应的单应矩阵Mi。从第一幅序列图像开始，两两进行匹配，可以得到相邻图像间的单应矩阵M1,M2…MN-1。如果当前图像的特征向量fti的特征向量长度大于0，而其需要匹配的下一幅图像特征向量为0时，将其单应矩阵设置为NULL，即无法找到对应的射影关系使两幅图像重叠区域一致。若当前图像的特征向量长度为0时，也将其单应矩阵设置为NULL，并将当前图像的序号标记下来。当计算完所有单应矩阵后，由于有些特征点较少的图片的单应矩阵为NULL，无法进行后续的拼接，此时我们将所有未被标记的图片的单应矩阵的m3，m6方向信息进行统计。由于采集图像的方向有三种，TR，TD，TL。其中，TR代表从左向右采集图像，其m3值为正值，m6值也为正值且数值会较小，TD代表从上到下采集图像，其m3值较小，m6值较大且为正值，而TL为从右向左采集图像，其m3值为负值，m6值较小。简而言之，横向采集图像时，m3值较大，基本为重叠区域的宽度，纵向采集图像时，m6值较大，基本为图像重叠区域的高度，而采集方向会导致m3出现正负的情况。分别统计出三个方向的图像变换矩阵的(m3,m6)值，除去M矩阵为NULL的情况，并计算其均值对已经标记的无特征点图像序号，通过已知的拍摄图像的总行列数来确定该序号的图片属于三种方向上的某一移动方向，然后将其M矩阵的m3,m6设置成相应的方向上的均值。m1,m5,m9,设置为1，m2,m4,m7,m8设置为0，此时，无特征点图像的单应矩阵为下式：其中，D由图像序号i决定。所述步骤(4)中，将所有图片的位置信息组成一个m×n的矩阵N1，按照载物台移动的规律性，用N1的第i+2行数据减去第i行数据，差值组成一个(m-2)×n的矩阵N2，再将N2的第i+1行数据减去第i行数据，差值组成一个(m-3)×本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种岩石薄片的单偏光和正交偏光图的拼接优化方法，其特征在于：包括以下步骤：/n(1)计算所有待拼接的单偏光图片的特征点数目，计算相邻图片的匹配点数目，将匹配点数目小于4的图片进行标记；/n(2)统计所有单偏光图片的单应矩阵坐标值，对被标记的图片的单应矩阵进行计算赋值；/n(3)通过单应矩阵计算单偏光图片的位置矩阵信息，对计算出的位置矩阵信息进行检查；/n(4)通过位置差值，对错误的位置矩阵信息进行修正；/n(5)将修正后的正确的位置矩阵信息保存；/n(6)使用位置矩阵信息指导单偏光图片进行图像融合；/n(7)将步骤(5)中保存的位置矩阵信息读入，用于同一薄片的正交偏光图的融合计算。/n

【技术特征摘要】
1.一种岩石薄片的单偏光和正交偏光图的拼接优化方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)计算所有待拼接的单偏光图片的特征点数目，计算相邻图片的匹配点数目，将匹配点数目小于4的图片进行标记；
(2)统计所有单偏光图片的单应矩阵坐标值，对被标记的图片的单应矩阵进行计算赋值；
(3)通过单应矩阵计算单偏光图片的位置矩阵信息，对计算出的位置矩阵信息进行检查；
(4)通过位置差值，对错误的位置矩阵信息进行修正；
(5)将修正后的正确的位置矩阵信息保存；
(6)使用位置矩阵信息指导单偏光图片进行图像融合；
(7)将步骤(5)中保存的位置矩阵信息读入，用于同一薄片的正交偏光图的融合计算。


2.根据权利要求1所述的一种岩石薄片的单偏光和正交偏光图的拼接优化方法，其特征在于：

【专利技术属性】
技术研发人员：苏桂芬，刘凤民，何海波，潘代玉，
申请(专利权)人：自然资源实物地质资料中心，成都西图科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11