本發(fā)明涉及圖像拼接技術領域，尤其是一種基于圖像拼接技術的自動合成農田全景圖系統(tǒng)及方法。

背景技術：

圖像拼接技術是數(shù)字圖像處理領域的一個重要研究方向，目前比較熱點的研究領域有計算機視覺，計算機圖形學，遙感成像處理，虛擬現(xiàn)實等。圖像拼接技術，主要是利用計算機設備，根據(jù)圖像拼接算法，使用軟件技術方法，實現(xiàn)將兩幅圖像拼接成一幅更廣闊視野的圖像，也可以實現(xiàn)將多幅圖像拼接成一幅高分辨率的全景圖，多幅圖像的拼接本質，還是兩幅圖像拼接，再兩幅圖像拼接而成的。

傳統(tǒng)數(shù)碼相機拍照，獲取滿足一定分辨率的圖像，只有一定的視域范圍，不能拍下整個大場景，或者拍下整個大場景，但得犧牲分辨率，使得圖像太小，模糊，看不清。普通相機，應用于全景圖拍攝，存在很大的局限性；專業(yè)相機，可以拍攝更廣視野的高分辨圖像，但是設備非常昂貴，拍攝全景圖，操作技術要求高，當分辨率要求繼續(xù)提高，視野廣度要求更廣的時候，專業(yè)相機設備也存在瓶頸。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的首要目的在于提供一種通過圖像拼接技術，對序列圖像進行拼接融合，生成目標農田的全景圖，節(jié)省了大量勞力成本，提高了效率，提高了原始圖像采集的質量和結果全景圖的質量的基于圖像拼接技術的自動合成農田全景圖系統(tǒng)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術方案：一種基于圖像拼接技術的自動合成農田全景圖系統(tǒng)，包括：

圖像數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)，通過采用無人機航拍相機，對整個大田區(qū)域，進行農田序列圖像的采集，并通過internet網(wǎng)絡實時傳輸無人機航拍圖像數(shù)據(jù)給圖像數(shù)據(jù)存儲子系統(tǒng)；

圖像數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)，用于對采集到的農田序列圖像依次進行圖像預處理、圖像配準、圖像融合，生成目標農田的全景圖；

圖像數(shù)據(jù)存儲子系統(tǒng)，采用云端服務器實現(xiàn)對無人機采集的序列圖像的接收，按照地理位置、日期分類，對接收的圖像進行統(tǒng)一命名，然后存儲在云端服務器上；同時，拼接融合后的全景圖，存儲在云端服務器上。

所述圖像數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)的第一輸出端與圖像數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)的輸入端相連，所述圖像數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)的輸出端與圖像數(shù)據(jù)存儲子系統(tǒng)的第一輸入端相連；所述圖像數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)的第二輸出端與圖像數(shù)據(jù)存儲子系統(tǒng)的第二輸入端相連。

所述圖像數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)包括：

預處理模塊，由灰度化處理模塊、濾波處理模塊和圖像平滑處理模塊組成，用于對采集的序列圖像分別進行灰度化處理、中值濾波和高斯濾波、圖像扭曲矯正圖像篩選，獲取預處理圖像中的有效的、低噪聲的高質量圖像；

圖像配準模塊，由特征提取模塊和特征匹配模塊組成，用于對待拼接的兩幅圖像，進行特征提取、特征匹配，定位出大致的重合區(qū)域，選擇最佳的配準線；

圖像融合模塊，由平滑處理模塊和圖像對齊模塊組成，用于將兩幅圖像融合成一幅圖像。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于圖像拼接技術的自動合成農田全景圖系統(tǒng)的自動合成方法，該方法包括下列順序的步驟：

（1）通過無人機航拍技術，采集農田的序列圖像數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫朔掌鳎?/p>

（2）對采集到的農田圖像信息進行預處理，得到預處理圖像；

（3）對預處理后的圖像進行圖像配準，進行特征提取、特征匹配，定位出大致的重合區(qū)域，選擇最佳的配準線；

（4）對配準后的圖像，進行圖像融合；

（5）對融合后的圖像，進行一致性處理，消除重影、光強的不一致性，實現(xiàn)無縫拼接；

（6）將拼接完成的全景圖，存儲在云端服務器，供客戶端查詢、下載。

在步驟（3）中，所述特征提取是指采用sift算法，生成sift特征向量，進行局部特征提?。凰鰏ift算法，是一種圖像特征提取與匹配的算法，提取的是局部特征；所述生成sift特征向量，包括4個步驟：尺度空間極值檢測、關鍵點位置及尺度確定、關鍵點方向確定以及特征向量生成；所述特征匹配是指使用歐式距離找出局部特征之間的對應關系。

在步驟（4）中，所述圖像融合是指將兩幅圖像融合成一幅圖像，根據(jù)特征匹配確定的配準線來唯一確定兩幅圖像的位置；對于兩幅圖像的重疊區(qū)域，采用平滑處理，最終生成融合后的圖像，即目標圖像；所述重疊區(qū)域即兩幅連續(xù)的序列圖像中，無人機攝像鏡頭拍到的同一個地方的圖像部分。

由上述技術方案可知，本發(fā)明通過無人機航拍技術采集農田的序列圖像信息，然后將采集的圖像，通過網(wǎng)絡傳輸給云端服務器，通過云端服務器中的圖像預處理技術對序列圖像進行去噪聲處理等，然后通過圖像拼接技術，對序列圖像進行拼接融合，生成目標農田的全景圖。農田的全景圖像既有利于農戶了解農田的基本種植情況，而且也可以為農田的種植和規(guī)劃提供幫助，在如何改建農田更加合理，如何分區(qū)域種植等方面農田的全景圖像都可以提供決策信息。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)組成框圖；

圖2為圖1中圖像數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)的系統(tǒng)組成框圖。

具體實施方式

如圖1所示，一種基于圖像拼接技術的自動合成農田全景圖系統(tǒng)，包括：圖像數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)1，通過采用無人機航拍相機，對整個大田區(qū)域，進行農田序列圖像的采集，根據(jù)無人機的飛行速度，設置采樣頻率，并通過internet網(wǎng)絡實時傳輸無人機航拍圖像數(shù)據(jù)給圖像數(shù)據(jù)存儲子系統(tǒng)3；圖像數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)2，用于對采集到的農田序列圖像依次進行圖像預處理、圖像配準、圖像融合，生成目標農田的全景圖；圖像數(shù)據(jù)存儲子系統(tǒng)3，采用云端服務器實現(xiàn)對無人機采集的序列圖像的接收，按照地理位置、日期分類，對接收的圖像進行統(tǒng)一命名，然后存儲在云端服務器上，供用戶下載使用；同時，拼接融合后的全景圖，存儲在云端服務器上，方便下載和使用。所述圖像數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)1的第一輸出端與圖像數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)2的輸入端相連，所述圖像數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)2的輸出端與圖像數(shù)據(jù)存儲子系統(tǒng)3的第一輸入端相連；所述圖像數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)1的第二輸出端與圖像數(shù)據(jù)存儲子系統(tǒng)3的第二輸入端相連。

如圖2所示，所述圖像數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)2包括：預處理模塊，由灰度化處理模塊、濾波處理模塊和圖像平滑處理模塊組成，用于對采集的序列圖像分別進行灰度化處理、中值濾波和高斯濾波、圖像扭曲矯正圖像篩選，獲取預處理圖像中的有效的、低噪聲的高質量圖像；圖像配準模塊，由特征提取模塊和特征匹配模塊組成，用于對待拼接的兩幅圖像，進行特征提取、特征匹配，定位出大致的重合區(qū)域，選擇最佳的配準線；圖像融合模塊，由平滑處理模塊和圖像對齊模塊組成，用于將兩幅圖像融合成一幅圖像。

所述圖像數(shù)據(jù)存儲子系統(tǒng)3是用于無人機航拍序列圖像的存儲和圖像數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)2生成的全景圖的存儲。無人機航拍圖像數(shù)據(jù)的存儲，主要用于后續(xù)的研究和使用，或者用于其他研究工作種，方便用戶的下載和使用，不需要再次浪費大量的時間和人力成本去采集這些圖像。農田全景圖是這個系統(tǒng)的主要成果，自然需要存儲起來，方便用戶使用，為農田使用和計劃決策提供圖像信息支持。

本方法包括下列順序的步驟：

（1）通過無人機航拍技術，采集農田的序列圖像數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫朔掌鳎?/p>

（2）對采集到的農田圖像信息進行預處理，得到預處理圖像；

（3）對預處理后的圖像進行圖像配準，進行特征提取、特征匹配，定位出大致的重合區(qū)域，選擇最佳的配準線；

（4）對配準后的圖像，進行圖像融合；

（5）對融合后的圖像，進行一致性處理，消除重影、光強的不一致性，實現(xiàn)無縫拼接；

（6）將拼接完成的全景圖，存儲在云端服務器，供客戶端查詢、下載。

在步驟（3）中，所述特征提取是指采用sift算法，生成sift特征向量，進行局部特征提取；所述sift算法，是一種圖像特征提取與匹配的算法，提取的是局部特征；所述生成sift特征向量，包括4個步驟：尺度空間極值檢測、關鍵點位置及尺度確定、關鍵點方向確定以及特征向量生成；所述特征匹配是指使用歐式距離找出局部特征之間的對應關系。

在步驟（4）中，所述圖像融合是指將兩幅圖像融合成一幅圖像，根據(jù)特征匹配確定的配準線來唯一確定兩幅圖像的位置；對于兩幅圖像的重疊區(qū)域，采用平滑處理，最終生成融合后的圖像，即目標圖像；所述重疊區(qū)域即兩幅連續(xù)的序列圖像中，無人機攝像鏡頭拍到的同一個地方的圖像部分。

綜上所述，本發(fā)明通過無人機航拍技術采集農田的序列圖像信息，然后將采集的圖像，通過網(wǎng)絡傳輸給云端服務器，通過云端服務器中的圖像預處理技術對序列圖像進行去噪聲處理等，然后通過圖像拼接技術，對序列圖像進行拼接融合，生成目標農田的全景圖。