一种可用于太阳能板图像的拼接方法技术

本发明专利技术公开了一种可用于太阳能板图像的拼接方法：在太阳能板子图像中用模板匹配法，确定内角点初始搜索区域；使用直线亚像素边缘坐标定位法确定内角点坐标；在内角点附近提取的感兴趣区域内使用直线亚像素边缘坐标定位法确定外角点坐标；遍历所有太阳能板子图像，选择最接近矩形的一组外角点构成的四边形为参考矩形；基于参考矩形修正外角点坐标；计算外角点平面映射到修正后外角点平面的透视变换矩阵，并将其应用于整幅图像；提取有效拼接区域内的图像至全景图像中对应位置；对所有太阳能板子图像处理得到太阳能板全景图像。该方法能够准确计算并提取有效拼接区域至指定位置，得到的太阳能板全景图像具有更好的拼接效果。果。果。

【技术实现步骤摘要】
一种可用于太阳能板图像的拼接方法


[0001]本专利技术属于图像拼接技术，尤其涉及一种可用于太阳能板图像的拼接方法。

技术介绍

[0002]在大场景拍摄领域单个相机往往无法满足覆盖场景中所有图像信息的要求，解决该问题最常用的方式就是图像拼接技术。图像拼接的关键技术就是在若干幅图像中，提取可以表征当前场景中局部的图像信息，最终组合为一幅大的全景图像。
[0003]一般来说，图像拼接的过程包括以下步骤：1)图像预处理，包括图像处理的基本操作、建立图像的匹配模板以及对图像进行某种变换等操作；2)图像配准，采用一定的匹配策略，找出待拼接图像中的模板或特征点在参考图像中对应的位置；3)建立变换模型，根据模板或图像特征点之间的对应关系，建立两幅图像的数学变换模型；4)统一坐标变换，根据建立的数字变换模型，将待拼接图像转换到参考图像的坐标系中；5)融合重构，将待拼接区域进行融合得到拼接重构的平滑无缝的全景图像。目前图像拼接技术可以分为以下两种类型：1)基于区域相关的图像拼接方法。基于待拼接区域的灰度值，对待配准图像中的一块区域与参考图像中相同大小的区域使用最小二乘法或其他数学方法计算灰度值，根据计算结果的差异对比两块区域的相似度，从而确定待拼接图像的范围和位置。也可以通过傅里叶变换等将图像变换到频域再进行计算。如公开号CN112132751A的中国专利公开了一种基于频域变换的视频流车身全景图像拼接方法，对车侧图像进行频域变换得到频谱图，在频域内使用前景匹配模板进行匹配，进而将不同帧图像的车侧部分进行拼接；2)基于特征配准的图像拼接，即利用图像的明显特征来估计图像之间的变换，而不是利用图像的全部信息，这些明显的特征包括图像的特征点(角点或关键点)、轮廓和一些不变矩等。首先从两幅图像中提取灰度变化明显的点、线、区域等特征，然后在两幅图像的特征集中利用特征匹配算法尽可能地将存在对应关系的特征对选择出来。特征匹配算法包括自动角点检测算法、基于轮廓特征的算法、基于尺度不变特征变换算法等。如公开号为CN114998106A的中国专利公开了一种显微子图像拼接方法及其大批量图像的拼接方法，通过提取两幅图像检测到的角点作为特征点及特征点所对应的特征向量，实现图像配准和图像拼接。
[0004]现有图像拼接方法对于太阳能板图像拼接应用场景来说，具有：1)拍摄的太阳能板子图像之间重叠区域小且图像之间相似的信息过多，使用特征点配准的方法容易出现误匹配的情况，配准难度大；2)拍摄的太阳能板子图像可以获得拍摄顺序和大致的场景范围，如果忽略这些信息而使用泛式的图像拼接方法会增加算法的复杂度和计算量，影响拼接的运算速度和鲁棒性。
[0005]鉴于目前方法存在的以上问题，有必要专利技术一种可用于太阳能板图像的拼接方法，充分利用场景信息和图像特点，更准确地计算出太阳能板子图像的有效拼接区域，提高算法的鲁棒性。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种可用于太阳能板图像的拼接方法，该方法充分利用太阳能板子图像特点提取有价值的图像信息，准确计算并提取有效拼接区域至指定位置，最终得到的太阳能板全景图像具有更好的拼接效果。
[0007]一种可用于太阳能板图像的拼接方法，所述图像拼接方法包括以下步骤：
[0008](1)在太阳能板子图像中应用模板匹配法，确定内角点的初始搜索区域；
[0009](2)基于内角点初始搜索区域，使用曲线拟合的直线亚像素边缘坐标定位法，确定内角点坐标；
[0010](3)在太阳能板子图像的每个内角点附近提取矩形感兴趣区域，在矩形感兴趣区域内使用曲线拟合的直线亚像素边缘坐标定位法，确定外角点坐标；
[0011](4)找到最接近于矩形的一组外角点构成的四边形，作为参考矩形；
[0012](5)以参考矩形为标准修正外角点坐标，构成修正后的外角点平面；
[0013](6)计算太阳能板子图像外角点平面映射到修正后的外角点平面的透视变换矩阵，并将透视变换矩阵作用于整幅太阳能板子图像，得到透视变换后的太阳能板子图像；
[0014](7)对透视变换后的太阳能板子图像根据外角点坐标、图像索引确定有效区域，提取有效区域内的图像数据拼接到全景图像中正确位置；
[0015](8)提取和拼接所有太阳能板子图像的有效区域，最终得到一幅完整的太阳能板全景图像。
[0016]在步骤(1)中，在太阳能板子图像中采用的模板匹配法确定内角点初始搜索区域的方法，需要预先制备角点图像作为模板图像，在太阳能板子图像上滑动模板图像，计算模板图像与太阳能板子图像滑动窗口的相似度。
[0017]模板匹配法用归一化系数作为模板匹配法的相似度衡量标准，其公式可表示为：
[0018][0019]其中，T(x
′
,y
′
)为模板图像；I(x,y)为原图像；R(x,y)为计算结果，范围0
‑
1，当模板与图像滑动窗口完全匹配时为数值为1。
[0020]假设模板尺寸为M
×
N，太阳能板子图像尺寸为W
×
H，那么会得到(W
‑
N+1)
×
(H
‑
N+1)个计算结果，从中获取相似度最高的位置作为太阳能板角点初始搜索区域的坐标。
[0021]在步骤(2)中，使用曲线拟合的直线亚像素边缘坐标定位法，得到太阳能板子图像中直线的边缘坐标来确定内角点坐标，具体步骤为：对于水平(垂直)的直线，首先计算直线图像一阶垂直(水平)差分图像，找到每一列(行)的最大值和最小值，两者分布对应直线的两侧边缘；利用最大值和最小值附近的三个差分值进行二次曲线拟合，即高斯曲线的近似拟合；拟合后的曲线最值对应的坐标就是直线边缘的亚像素坐标。
[0022]由于这种曲线拟合定位直线边缘坐标的方法，要求直线是水平或垂直的，对于本专利技术的太阳能板图像的拼接方法可以有效适用。
[0023]在步骤(3)中，确定太阳能板子图像外角点坐标的方法为：在内角点附近提取矩形感兴趣区域，在矩形感兴趣区域内使用直线亚像素边缘坐标定位法，得到直线的边缘坐标，由直线两侧边缘坐标计算得到直线宽度，外角点坐标等于内角点坐标加或减二分之一直线宽度。
[0024]在步骤(4)中，遍历所有太阳能板子图像，针对每幅太阳能板子图像中由外角点构成的四边形，找到最接近于矩形的一组外角点构成的四边形，作为参考矩形，找到参考矩形的方法为：计算其两条对角线的长度，由长边除以短边得到两者比值，比值最接近于1的一组外角点构成的四边形作为参考矩形。
[0025]在步骤(5)中，太阳能板子图像的外角点坐标的修正方法包括：使用太阳能板子图像原外角点中的一点为固定点，同时在参考矩形中找到对应的点；以参考矩形中的固定点和其他点的坐标关系为标准，确定太阳能板子图像其他外角点的坐标。
[0026]在步骤(6)中，透视变换用公式可表示为：
[0027][0028]其中，X、Y、Z表示透射变换后的三维坐标，x、y、z表示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可用于太阳能板图像的拼接方法，其特征在于，所述可用于太阳能板图像的拼接方法包括以下步骤：(1)在太阳能板子图像中应用模板匹配法，确定内角点的初始搜索区域；(2)基于内角点初始搜索区域，使用曲线拟合的直线亚像素边缘坐标定位法，确定内角点坐标；(3)在太阳能板子图像的每个内角点附近提取矩形感兴趣区域，在矩形感兴趣区域内使用曲线拟合的直线亚像素边缘坐标定位法，确定外角点坐标；(4)找到最接近于矩形的一组外角点构成的四边形，作为参考矩形；(5)以参考矩形为标准修正外角点坐标，构成修正后的外角点平面；(6)计算太阳能板子图像外角点平面映射到修正后的外角点平面的透视变换矩阵，并将透视变换矩阵作用于整幅太阳能板子图像，得到透视变换后的太阳能板子图像；(7)对透视变换后的太阳能板子图像根据外角点坐标、图像索引确定有效区域，提取有效区域内的图像数据拼接到全景图像中正确位置；(8)提取和拼接所有太阳能板子图像的有效区域，最终得到一幅完整的太阳能板全景图像。2.根据权利要求1所述的可用于太阳能板图像的拼接方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述在太阳能板子图像中采用的模板匹配法确定内角点初始搜索区域的方法为：用预先制备角点图像作为模板图像，在太阳能板子图像上滑动模板图像，计算模板图像与太阳能板子图像滑动窗口的相似度；模板匹配法用归一化系数作为模板匹配法的相似度衡量标准，其公式表示为：其中，T(x
′
,y
′
)为模板图像；I(x,y)为原图像；R(x,y)为计算结果，范围0
‑
1，当模板与图像滑动窗口完全匹配时数值为1。3.根据权利要求1所述的可用于太阳能板图像的拼接方法，其特征在于，在步骤(2)中，使用曲线拟合的直线亚像素边缘坐标定位法，得到太阳能板子图像中直线的边缘坐标来确定内角点坐标，具体步骤为：(2
‑
1)对于水平/垂直的直线，首先计算直线图像一阶垂直/水平差分图像，找到每一列/行的最大值和最小值，两者分别对应直线...

【专利技术属性】
技术研发人员：周海洋，丁威杰，余飞鸿，
申请(专利权)人：杭州图谱光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：