專利名稱：紅外圖像拼接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種紅外圖像拼接方法，更具體的說(shuō)，尤其涉及一種應(yīng)用于大視野場(chǎng)景下采集的紅外的圖像拼接，優(yōu)先選用自動(dòng)拼接并可手動(dòng)選擇匹配特征區(qū)域的紅外圖像拼接方法。
背景技術(shù)：
在當(dāng)前數(shù)字化時(shí)代，紅外數(shù)字圖像技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用到眾多領(lǐng)域，紅外圖像拼接作為紅外圖像處理的重要技術(shù)手段和熱點(diǎn)，是紅外技術(shù)中不可或缺的重要組成部分。在很多場(chǎng)合，由于紅外成像設(shè)備由于成像器件分辨率低等原因只能得到小視野的場(chǎng)景圖像；例如在對(duì)建筑物的室內(nèi)或室外紅外圖像進(jìn)行采集的過程中，由于紅外成像設(shè)備采集到的都是局部的圖像，需要將紅外圖像進(jìn)行拼接才可得到全景紅外圖像。由于紅外輻射特殊的成像機(jī)制，紅外圖像相對(duì)于可見光圖像普遍存在對(duì)比度低，灰度范圍窄、噪聲多的特點(diǎn)。這些問題都將嚴(yán)重影響紅外圖像的成像質(zhì)量，使得目標(biāo)模糊，分辨率低。紅外圖像成像質(zhì)量方面的缺陷，除了從器件硬件方面改進(jìn)來(lái)解決之外，還需要考慮從數(shù)字圖像處理等算法角度來(lái)解決達(dá)到實(shí)際應(yīng)用中的精度要求。目前市場(chǎng)上已有的紅外圖像采集成像設(shè)備分辨率較低，常見的有160*120、320*240像素，高端的640*480價(jià)格更是較為昂貴，這就給大家使用紅外熱像儀采集的紅外圖像進(jìn)行分析和處理帶來(lái)了眾多的不便。紅外圖像拼接技術(shù)就是充分保證分辨率不變的前提下，將兩幅或者多幅小視野的紅外圖像無(wú)縫拼接，將采集的紅外圖像拼接成全景圖像對(duì)技術(shù)工作者來(lái)說(shuō)可以更加便利的從整幅圖像中獲取更多直觀有用的信息，便于對(duì)紅外圖像進(jìn)行整體處理和分析，提出針對(duì)使用紅外熱像的圖像拼接技術(shù)，將有利于對(duì)采集的紅外圖像全景進(jìn)行整體分析。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服上述技術(shù)問題的缺點(diǎn)，提供了一種優(yōu)先選用自動(dòng)拼接并可手動(dòng)選擇匹配特征區(qū)域的紅外圖像拼接方法。本發(fā)明的紅外圖像拼接方法，其特別之處在于，包括以下步驟:a).采集紅外圖像，按照“Z”字形的順序，利用紅外熱像儀依次采集待測(cè)物體的局部紅外圖像，并保證相鄰的兩幅局部紅外圖像具有20% 30%的重疊區(qū)域；b).查找匹配特征區(qū)域，計(jì)算查找相鄰兩幅局部紅外圖像中是否存在三對(duì)匹配特征區(qū)域，若能得到三對(duì)匹配特征區(qū)域，則執(zhí)行步驟
c)，若沒得到三對(duì)對(duì)應(yīng)的匹配特征區(qū)域，則執(zhí)行步驟d) ；c).紅外圖像拼接，將存在三對(duì)匹配特征區(qū)域的兩幅局部紅外圖像，按照相應(yīng)特征區(qū)域相匹配的方式拼接在一起，執(zhí)行步驟
e)；d).手動(dòng)選取匹配特征區(qū)域，在待拼接的兩幅局部紅外圖像上手動(dòng)選取三對(duì)匹配特征區(qū)域，依據(jù)手動(dòng)選取的匹配特征區(qū)域?qū)煞植考t外圖像拼接在一起；執(zhí)行步驟e) ；e).判斷是否拼接完畢，判斷所有局部紅外圖像是否拼接完畢；如果所有局部紅外圖像均拼接在一起，則拼接完成，得到待測(cè)物體的全景紅外圖像，紅外圖像拼接結(jié)束；如沒有拼接完畢，則重復(fù)執(zhí)行步驟b)，直至整個(gè)拼接過程結(jié)束。步驟b)中，匹配特征區(qū)域是指對(duì)兩幅待拼接紅外圖像中相同位置的、具有相同特征的紅外圖像區(qū)域；通過計(jì)算找到兩幅圖中具有的三對(duì)匹配特征區(qū)域就能將相鄰兩幅局部紅外圖像準(zhǔn)確的拼接在一起即可。由于在圖像自動(dòng)拼接的過程中，容易出現(xiàn)拼配特征區(qū)域找不到或不準(zhǔn)確的情況，需要依靠步驟d)來(lái)進(jìn)行手動(dòng)選取匹配特征區(qū)域，已完成相鄰紅外圖像的拼接。本發(fā)明的紅外圖像拼接方法，待拼接的前一幅紅外圖像稱之為初始圖像，后一幅紅外圖像稱之為匹配圖像，步驟b)中匹配特征區(qū)域的查找依次包括以下步驟:b_l).選取掃描窗口，選取4*4像素模板作為掃描窗口，以匹配圖像左上方的第一個(gè)4*4像素區(qū)域?yàn)閽呙杵鹗即翱?，以初始圖像右上方的的第一個(gè)4*4像素區(qū)域?yàn)閽呙杵鹗即?，并固定匹配圖像中的掃描起始窗口 ；b_2).從初始圖像中的掃描起始窗口開始，按照從右至左、再由上至下逐一像素點(diǎn)移動(dòng)地改變初始圖像中掃描窗口的位置，來(lái)計(jì)算兩幅紅外圖像中的4*4像素掃描窗口中對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)的差值；b-3).配特征區(qū)域判斷，對(duì)于待判斷的兩4*4像素掃描窗口，如果兩掃描窗口所有像素點(diǎn)灰度值差值的平均值在5個(gè)灰度值以內(nèi)，則認(rèn)為該兩4*4像素區(qū)域?yàn)槠ヅ涮卣鲄^(qū)域；否則，判斷其為非匹配特征區(qū)域；b-4).匹配特征區(qū)域判斷，經(jīng)過初始圖的掃描，判斷是否存在與匹配圖中指定窗口位置相對(duì)應(yīng)的匹配特征區(qū)域，如果存在，則結(jié)束本次匹配特征區(qū)域的查找；否則，執(zhí)行步驟b-5) ；b-5).改變掃描窗口位置，在匹配圖中按照從左至右、再由上至下逐一像素點(diǎn)移動(dòng)地改變匹配圖像中掃描窗口的位置，再依次執(zhí)行步驟b-2)、b-3)和b-4);直至查找出三對(duì)匹配特征區(qū)域；如果初始圖像、匹配圖像中的所有匹配窗口均對(duì)比完畢，不存在三對(duì)或三對(duì)以上的匹配特征區(qū)域，則表明不能自動(dòng)計(jì)算出兩幅圖像中的匹配特征區(qū)域。紅外圖像拼接的關(guān)鍵是精確找出相鄰兩幅紅外圖像中重疊部分的位置，即找出兩幅圖像中對(duì)應(yīng)的點(diǎn)集，然后根據(jù)將兩張圖像重疊區(qū)域的對(duì)應(yīng)點(diǎn)集進(jìn)行匹配融合處理，疊加為一幅紅外圖像；圖像的特征區(qū)域是利用圖像本身所具有的明顯特征的點(diǎn)的集合，如角點(diǎn)或關(guān)鍵點(diǎn)，發(fā)明專利中涉及的紅外圖像特征區(qū)域是依據(jù)圖像中的角點(diǎn)作為匹配特征區(qū)域。本發(fā)明的紅外圖像拼接方法，待拼接的前一幅紅外圖像稱之為初始圖像，后一幅紅外圖像稱之為匹配圖像，步驟d)中所述的手動(dòng)選取匹配特征區(qū)域包括以下步驟:d-1).在匹配圖像中左側(cè)三分之一區(qū)域內(nèi)，手動(dòng)選取第一個(gè)4*4像素大小的區(qū)域，作為第一個(gè)匹配特征區(qū)域；d_2).在初始圖像中右側(cè)三分之一區(qū)域內(nèi)從右上角起點(diǎn)開始按照4*4像素模版大小掃描窗口進(jìn)行掃描，計(jì)算對(duì)應(yīng)的匹配特征區(qū)域，直到在初始圖中找到與匹配圖像中選取的匹配區(qū)域相同的區(qū)域；d_3).在匹配區(qū)域判斷的過程中，如果兩區(qū)域所有像素點(diǎn)灰度值差值的平均值在5個(gè)灰度值以內(nèi)，則認(rèn)為其為匹配特征區(qū)域；d-3).在兩幅待拼接的局部紅外圖像上選取三對(duì)匹配特征區(qū)域，這樣就可手動(dòng)形成三對(duì)匹配特征區(qū)域。本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的紅外圖像拼接方法，首先通過查找匹配特征區(qū)域來(lái)完成圖像的自動(dòng)拼接，保證了圖像的高效率拼接；通過手動(dòng)選取匹配特征區(qū)域進(jìn)行圖像拼接，避免了自動(dòng)拼接不能找到匹配特征區(qū)域的弊端。本發(fā)明的方法可以實(shí)現(xiàn)批量紅外圖像的快速拼接，生成全景圖像，使得使用紅外圖像進(jìn)行的相關(guān)檢測(cè)更加方便、快捷、直觀。


圖1為本發(fā)明的紅外圖像拼接方法實(shí)施例的流程 圖2為本發(fā)明中匹配特征區(qū)域查找的流程 圖3為本發(fā)明中三幅局部紅外圖像拼接前的示意 圖4為圖2中三幅局部紅外圖像拼接后的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1所示，給出了本發(fā)明的紅外圖像拼接方法的流程圖，其包括以下步驟:
a).采集紅外圖像，按照“Z”字形的順序，利用紅外熱像儀依次采集待測(cè)物體的局部紅外圖像，并保證相鄰的兩幅局部紅外圖像具有20% 30%的重置區(qū)域；
b).查找匹配特征區(qū)域，計(jì)算查找相鄰兩幅局部紅外圖像中是否存在三對(duì)匹配特征區(qū)域，若能得到三對(duì)匹配特征區(qū)域，則執(zhí)行步驟c)，若沒得到三對(duì)對(duì)應(yīng)的匹配特征區(qū)域，則執(zhí)行步驟d)；
待拼接的前一幅紅外圖像稱之為初始圖像，后一幅紅外圖像稱之為匹配圖像，如圖2所示，給出了本發(fā)明中匹配特征區(qū)域查找的流程圖，該步驟中匹配特征區(qū)域的查找可以通過以下步驟來(lái)實(shí)現(xiàn):
b-1).選取掃描窗口，選取4*4像素模板作為掃描窗口，以匹配圖像左上方的第一個(gè)4*4像素區(qū)域?yàn)閽呙杵鹗即翱?，以初始圖像右上方的的第一個(gè)4*4像素區(qū)域?yàn)閽呙杵鹗即埃⒐潭ㄆヅ鋱D像中的掃描起始窗口；
b-2).從初始圖像中的掃描起始窗口開始，按照從右至左、再由上至下逐一像素點(diǎn)移動(dòng)地改變初始圖像中掃描窗口的位置，來(lái)計(jì)算兩幅紅外圖像中的4*4像素掃描窗口中對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)的差值；
b-3).匹配特征區(qū)域判斷，對(duì)于待判斷的兩4*4像素掃描窗口，如果兩掃描窗口所有像素點(diǎn)灰度值差值的平均值在5個(gè)灰度值以內(nèi)，則認(rèn)為該兩4*4像素區(qū)域?yàn)槠ヅ涮卣鲄^(qū)域；否貝U，判斷其為非匹配特征區(qū)域；
b-4).是否存在匹配特征區(qū)域，經(jīng)過對(duì)初始圖像的掃描，判斷是否存在與匹配圖中指定窗口位置相對(duì)應(yīng)的匹配特征區(qū)域，如果存在，則結(jié)束本次匹配特征區(qū)域的查找；否則，執(zhí)行步驟b-5)；
b-5).改變掃描窗口位置，在匹配圖中按照從左至右、再由上至下逐一像素點(diǎn)移動(dòng)地改變匹配圖像中掃描窗口的位置，再依次執(zhí)行步驟b-2)、b-3)和b-4);直至查找出三對(duì)匹配特征區(qū)域；如果初始圖像、匹配圖像中的所有匹配窗口均對(duì)比完畢，不存在三對(duì)或三對(duì)以上的匹配特征區(qū)域，則表明不能自動(dòng)計(jì)算出兩幅圖像中的匹配特征區(qū)域。c).紅外圖像拼接，將存在三對(duì)匹配特征區(qū)域的兩幅局部紅外圖像，按照相應(yīng)特征區(qū)域相匹配的方式拼接在一起，執(zhí)行步驟e);
d).手動(dòng)選取匹配特征區(qū)域，在待拼接的兩幅局部紅外圖像上手動(dòng)選取三對(duì)匹配特征區(qū)域，依據(jù)手動(dòng)選取的匹配特征區(qū)域?qū)煞植考t外圖像拼接在一起；執(zhí)行步驟e)；
待拼接的前一幅紅外圖像稱之為初始圖像，后一幅紅外圖像稱之為匹配圖像，該步驟中的手動(dòng)選取匹配特征區(qū)域可以通過以下步驟來(lái)實(shí)現(xiàn):
d-1).在匹配圖像中左側(cè)三分之一區(qū)域內(nèi)，手動(dòng)選取第一個(gè)4*4像素大小的區(qū)域，作為第一個(gè)匹配特征區(qū)域；
d-2).在初始圖像中右側(cè)三分之一區(qū)域內(nèi)從右上角起點(diǎn)開始按照4*4像素模版大小掃描窗口進(jìn)行掃描，計(jì)算對(duì)應(yīng)的匹配特征區(qū)域，直到在初始圖中找到與匹配圖像中選取的匹配區(qū)域相同的區(qū)域；
d-3).在匹配區(qū)域判斷的過程中，如果兩區(qū)域所有像素點(diǎn)灰度值差值的平均值在5個(gè)灰度值以內(nèi)，則認(rèn)為其為匹配特征區(qū)域；
d-3).在兩幅待拼接的局部紅外圖像上選取三對(duì)匹配特征區(qū)域，這樣就可手動(dòng)形成三對(duì)匹配特征區(qū)域。e).判斷是否拼接完畢，判斷所有局部紅外圖像是否拼接完畢；如果所有局部紅外圖像均拼接在一起，則拼接完成，得到待測(cè)物體的全景紅外圖像，紅外圖像拼接結(jié)束；如沒有拼接完畢，則重復(fù)執(zhí)行步驟b)，直至整個(gè)拼接過程結(jié)束。如圖3所示，在局部紅外圖像a與b以及b與c拼接的過程中，首先采用步驟b中的方法進(jìn)行自動(dòng)拼接，如自動(dòng)拼接不能找到匹配特征區(qū)域，則采用手動(dòng)拼接。在手動(dòng)選取匹配特征區(qū)域的時(shí):在局部紅外圖像b中手動(dòng)選取3個(gè)特征區(qū)域(特征區(qū)域?yàn)閳D像中的白色圓圈)，圖像a中與圖像b中對(duì)應(yīng)的特征區(qū)域是通過自動(dòng)計(jì)算產(chǎn)生的，這樣就形成了 3對(duì)匹配特征區(qū)域；通過3對(duì)特征區(qū)域的對(duì)準(zhǔn)，就實(shí)現(xiàn)了圖a與圖b的拼接。同樣地，圖b與圖c采用同樣的方法進(jìn)行拼接；圖a、b和c拼接后的圖像如圖4所示。本發(fā)明的方法可以實(shí)現(xiàn)批量紅外圖像的快速拼接，生成全景圖像，對(duì)于使用紅外圖像進(jìn)行的相關(guān)檢測(cè)更加方便、快捷、直觀。
權(quán)利要求
1.一種紅外圖像拼接方法，其特征在于，包括以下步驟: a).采集紅外圖像，按照“Z”字形的順序，利用紅外熱像儀依次采集待測(cè)物體的局部紅外圖像，并保證相鄰的兩幅局部紅外圖像具有20% 30%的重置區(qū)域； b).查找匹配特征區(qū)域，計(jì)算查找相鄰兩幅局部紅外圖像中是否存在三對(duì)匹配特征區(qū)域，若能得到三對(duì)匹配特征區(qū)域，則執(zhí)行步驟c)，若沒得到三對(duì)對(duì)應(yīng)的匹配特征區(qū)域，則執(zhí)行步驟d)； c).紅外圖像拼接，將存在三對(duì)匹配特征區(qū)域的兩幅局部紅外圖像，按照相應(yīng)特征區(qū)域相匹配的方式拼接在一起，執(zhí)行步驟e)； d).手動(dòng)選取匹配特征區(qū)域，在待拼接的兩幅局部紅外圖像上手動(dòng)選取三對(duì)匹配特征區(qū)域，依據(jù)手動(dòng)選取的匹配特征區(qū)域?qū)煞植考t外圖像拼接在一起；執(zhí)行步驟e)； e).判斷是否拼接完畢，判斷所有局部紅外圖像是否拼接完畢；如果所有局部紅外圖像均拼接在一起，則拼接完成，得到待測(cè)物體的全景紅外圖像，紅外圖像拼接結(jié)束；如沒有拼接完畢，則重復(fù)執(zhí)行步驟b)，直至整個(gè)拼接過程結(jié)束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外圖像拼接方法，其特征在于，待拼接的前一幅紅外圖像稱之為初始圖像，后一幅紅外圖像稱之為匹配圖像，步驟b)中匹配特征區(qū)域的查找依次包括以下步驟: b-1).選取掃描窗口，選取4*4像素模板作為掃描窗口，以匹配圖像左上方的第一個(gè)4*4像素區(qū)域?yàn)閽呙杵鹗即翱?，以初始圖像右上方的的第一個(gè)4*4像素區(qū)域?yàn)閽呙杵鹗即?，并固定匹配圖像中的掃描起始窗口； b-2).從初始圖像中的 掃描起始窗口開始，按照從右至左、再由上至下逐一像素點(diǎn)移動(dòng)地改變初始圖像中掃描窗口的位置，來(lái)計(jì)算兩幅紅外圖像中的4*4像素掃描窗口中對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)的差值； b-3).匹配特征區(qū)域判斷，對(duì)于待判斷的兩4*4像素掃描窗口，如果兩掃描窗口所有像素點(diǎn)灰度值差值的平均值在5個(gè)灰度值以內(nèi)，則認(rèn)為該兩4*4像素區(qū)域?yàn)槠ヅ涮卣鲄^(qū)域；否貝U，判斷其為非匹配特征區(qū)域； b-4).是否存在匹配特征區(qū)域，經(jīng)過對(duì)初始圖像的掃描，判斷是否存在與匹配圖中指定窗口位置相對(duì)應(yīng)的匹配特征區(qū)域，如果存在，則結(jié)束本次匹配特征區(qū)域的查找；否則，執(zhí)行步驟b-5)； b-5).改變掃描窗口位置，在匹配圖中按照從左至右、再由上至下逐一像素點(diǎn)移動(dòng)地改變匹配圖像中掃描窗口的位置，再依次執(zhí)行步驟b-2)、b-3)和b-4);直至查找出三對(duì)匹配特征區(qū)域；如果初始圖像、匹配圖像中的所有匹配窗口均對(duì)比完畢，不存在三對(duì)或三對(duì)以上的匹配特征區(qū)域，則表明不能自動(dòng)計(jì)算出兩幅圖像中的匹配特征區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的紅外圖像拼接方法，其特征在于:待拼接的前一幅紅外圖像稱之為初始圖像，后一幅紅外圖像稱之為匹配圖像，步驟d)中所述的手動(dòng)選取匹配特征區(qū)域包括以下步驟: d-1).在匹配圖像中左側(cè)三分之一區(qū)域內(nèi)，手動(dòng)選取第一個(gè)4*4像素大小的區(qū)域，作為第一個(gè)匹配特征區(qū)域； d-2).在初始圖像中右側(cè)三分之一區(qū)域內(nèi)從右上角起點(diǎn)開始按照4*4像素模版大小掃描窗口進(jìn)行掃描，計(jì)算對(duì)應(yīng)的匹配特征區(qū)域，直到在初始圖中找到與匹配圖像中選取的匹配區(qū)域相同的區(qū)域； d-3).在匹配區(qū)域判斷的過程中，如果兩區(qū)域所有像素點(diǎn)灰度值差值的平均值在5個(gè)灰度值以內(nèi)，則認(rèn)為其為匹配特征區(qū)域； d-4).在兩幅待拼接的局部紅外圖像上選取三對(duì)匹配特征區(qū)域，這樣就可手動(dòng)形成三對(duì)匹配特征區(qū) 域。
全文摘要
本發(fā)明的紅外圖像拼接方法，包括a).采集紅外圖像，保證相鄰的兩圖像具有20%～30%的重疊區(qū)；b).查找匹配特征區(qū)域，如存在三對(duì)匹配特征區(qū)域，執(zhí)行步驟c)，如不存在，則執(zhí)行步驟d)；c).紅外圖像拼接；d).手動(dòng)選取匹配特征區(qū)域；e).判斷是否拼接完畢。步驟b)中，采用4*4像素為窗口對(duì)兩幅圖像進(jìn)行掃描，如果描窗口所有像素點(diǎn)灰度值差值的平均值在5個(gè)灰度值以內(nèi)，則認(rèn)為其為匹配特征區(qū)域。本發(fā)明的紅外圖像拼接方法，保證了圖像拼接的高效性，避免了自動(dòng)拼接不能找到匹配特征區(qū)域的弊端。本發(fā)明的方法可以實(shí)現(xiàn)批量紅外圖像的快速拼接，使得使用紅外圖像進(jìn)行的相關(guān)檢測(cè)更加方便、快捷、直觀。
文檔編號(hào)G06T5/50GK103150716SQ20131009189
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月21日
發(fā)明者劉廣起, 鄭曉勢(shì), 趙彥玲, 李娜, 程廣河, 韓凌燕 申請(qǐng)人:山東省計(jì)算中心