輸電線路航拍圖像拼接方法技術

本發明專利技術公開了一種輸電線路航拍圖像拼接方法，首先對得到輸電線路航拍圖像序列，對圖像進行預處理后提取得到ORB特征，然后按順序依次進行融合，將前n張圖像的已拼接圖像Fn和圖像In+1進行拼接，在拼接時將特征點描述子集合Pn與圖像In+1的特征點描述子集合Qn+1進行特征點匹配，然后根據特征點匹配對得到已拼接圖像Fn到圖像In+1坐標空間的變換矩陣，并且根據各像素點與圖像In′和圖像In+1中位于重合區域一側的距離得到融合權值，當拼接圖像Fn+1中像素點在已拼接圖像Fn和圖像In+1均存在對應的有效像素點時，根據融合權值進行加權融合。本發明專利技術在簡單有效，能夠快速、準確地實現輸電線路航拍圖像的拼接。

【技術實現步驟摘要】
輸電線路航拍圖像拼接方法
本專利技術屬于圖像拼接
，更為具體地講，涉及一種輸電線路航拍圖像拼接方法。
技術介紹
我國的電網，特別是高壓電網一般分布廣，傳輸距離長，很多位于人跡稀少的地區尤其是高原山區，這就對電網的監控帶來了難度。若完全采用人工定期巡檢工作量非常大，而且難以做到全天候、廣覆蓋。而采用無人機巡檢可以很輕松的到達人工難以覆蓋的地方，將拍攝的輸電線路的圖像傳回控制中心。對圖像信息進行分析，從而得到輸電線周圍的樹木遮擋，輸電線的弧垂、積雪、覆冰、線上異物等情況。對于無人機傳回來的圖像數據，需要采用圖像拼接技術將碎片化的具有重合區域的若干幅圖像合成一幅高分辨率大視場圖像。然后對大視場圖像進行從整體到局部分析，符合人們的視覺觀察習慣，方便了對輸電線路運行狀況的檢測，大大減少了監控工作量。因此在對輸電線路無人巡檢時，將監控圖像進行拼接合成大視場圖像非常有意義并具有廣泛的應用前景。對輸電線路的圖像拼接屬于圖像拼接技術的范疇。圖像拼接技術是數字圖像處理技術的一個重要的研究分支。它是將不同傳感器(或同一傳感器)在不同位置、視角和時間拍攝得到的相互間存在重疊部分的圖像序列進行配準，經融合后形成一幅包含各圖像序列信息的寬視角場景的、完整的、高分辨率的新圖。圖像拼接技術包含圖像配準和圖像融合兩部分。基于局部不變特征匹配是目前圖像配準和拼接的主流方法。這類特征對旋轉、尺度縮放以及仿射變換均具有不變性；同時，對噪聲、視角變化以及光照差異也具有較好的魯棒性。野外輸電線路航拍圖像分辨率高、紋理復雜、顯著特征多、光照變化鏡頭畸變、曝光度變化等干擾較多的特點。因此基于局部不變特征的圖像拼接方法適用于航拍圖像拼接中。目前在國內外圖像拼接領域研究中廣泛運用的局部不變特征檢測與描述算法是SIFT(Scale-invariantfeaturetransform，尺度不變特征變換)特征和SURF(speed-uprobustfeatures,加速健壯特征)特征。SIFT及SURF的特征點檢測都是在高斯差分尺度空間內檢測極值點的算子，涉及到大量卷積運算。SIFT和SURF的特征描述符是高維向量，在進行基于距離的特征匹配比較耗費時間。而航拍圖像分辨率比較高，因此通常使用的SURF方法就會比較耗時。為了提高拼接速度改善使用的工作效率，需要對于圖像拼接的每個步驟盡可能的改進和提速，其中尤其關鍵的是提高特征檢測與匹配的速度。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術的不足，提供一種輸電線路航拍圖像拼接方法，采用ORB特征進行圖像配準，對圖像加權融合進行改進，從而快速、準確地實現輸電線路航拍圖像的拼接。為實現上述專利技術目的，本專利技術輸電線路航拍圖像拼接方法包括以下步驟：S1：將需要進行拼接的N張輸電線路航拍圖像按照拍攝時間先后進行排序，得到輸電線路航拍圖像序列I＝(I1,I2,…,IN)；S2：對N張待拼接圖像轉換成灰度圖像，并進行去噪處理和亮度均衡；S3：對經步驟S2處理后的所有待拼接圖像分別進行ORB特征點提取，每幅圖像篩選得到M個ORB特征點，得到每幅圖像的ORB特征點描述子集合Qn，n的取值范圍為n＝1,2,…,N；S4：令圖像序號n＝1，初始化已拼接圖像F1＝I1，已拼接圖像F1的特征點描述子集合P1＝Q1；S5：將已拼接圖像Fn的特征點描述子集合Pn與圖像In+1的特征點描述子集合Qn+1中的特征點進行匹配，得到特征點匹配對；S6：根據步驟S5得到的特征點匹配對求得已拼接圖像Fn變換到圖像In+1所在空間的變換矩陣H；S7：對已拼接圖像Fn和圖像In+1進行融合得到拼接圖像Fn+1，其具體方法包括以下步驟：S7.1：將已拼接圖像Fn的四個頂點采用變換矩陣H變換到圖像In+1的坐標空間，變換后的頂點集合記為將圖像In+1的四個頂點記為集合得到8個點坐標中的橫坐標的最大值xmax，橫坐標的最小值xmin，縱坐標的最大值ymax，縱坐標的最小值ymin；確定拼接圖像Fn+1的長L和寬W：L＝ymax-yminW＝xmax-xminS7.2：從已拼接圖像Fn中提取出圖像In對應的區域，記為圖像In′，得到其質心并獲取圖像In+1的然后將根據變換矩陣H變換到圖像In+1的坐標空間，得到變換后的質心將通過變換矩陣H的逆矩陣H-1變換到已拼接圖像Fn的坐標空間，得到變換后的質心根據下述公式計算得到橫坐標權重Wx、W′x和縱坐標權重Wy、W′y：Wy＝1-WxW′y＝1-W′xS7.3：根據質心求得向量記圖像In+1的四個頂點坐標分別為(0,0)、和如果xC≥0，yC≥0，那么位于重合區域一側的圖像In+1的橫軸邊緣縱軸邊緣如果xC≥0，yC＜0，那么位于重合區域一側的圖像In+1的橫軸邊緣縱軸邊緣Yn+1＝0；如果xC＜0，yC≥0，那么位于重合區域一側的圖像In+1的橫軸邊緣Xn+1＝0、縱軸邊緣如果xC＜0，yC＜0，那么位于重合區域一側的圖像In+1的橫軸邊緣Xn+1＝0、縱軸邊緣Yn+1＝0；然后將通過變換矩陣H的逆矩陣H-1變換到圖像I′n的坐標空間，得到向量(x′C,y′C)，記圖像I′n的四個頂點坐標分別為和如果x′C≥0，y′C≥0，那么位于重合區域一側的圖像I′n的橫軸邊緣縱軸邊緣如果x′C≥0，y′C＜0，那么位于重合區域一側的圖像I′n的橫軸邊緣縱軸邊緣如果x′C＜0，y′C≥0，那么位于重合區域一側的圖像I′n的橫軸邊緣縱軸邊緣如果x′C＜0，y′C＜0，那么位于重合區域一側的圖像I′n的橫軸邊緣縱軸邊緣S7.4：根據長L和寬W初始化拼接圖像Fn+1，四個頂點坐標分別為：(0,0)、(0,L)、(W,0)和(W,L)，每個像素標簽設置為無效像素點，像素初始值根據需要設置；S7.5：遍歷拼接圖像Fn+1中每個像素點(x*,y*)，根據橫坐標最小值xmin和縱坐標最小值ymin平移得到在圖像In+1對應的像素點坐標(x,y)，其中x＝x*+xmin，y＝y*+ymin，再將像素點(x,y)按照變換矩陣H的逆矩陣H-1變換到已拼接圖像Fn的坐標空間，得到對應的像素點坐標(x′,y′)；如果(x,y)在圖像In+1中有對應的有效像素點，(x′,y′)在已拼接圖像Fn中沒有對應的有效像素點，則令像素點(x*,y*)的像素值等于像素點(x,y)的像素值，像素標簽修改為有效像素點；；如果(x,y)在圖像In+1中沒有對應的有效像素點，(x′,y′)在已拼接圖像Fn中有對應的有效像素點，則令像素點(x*,y*)的像素值等于像素點(x′,y′)的像素值，像素標簽修改為有效像素點；；如果(x,y)在圖像In+1中沒有對應的有效像素點，(x′,y′)在已拼接圖像Fn中也沒有對應的有效像素點，則不作任何操作；如果(x,y)在圖像In+1中有對應的有效像素點，(x′,y′)在已拼接圖像Fn中也有對應的有效像素點，則進行加權融合得到像素點(x*,y*)的像素值，像素標簽修改為有效像素點；加權融合公式為：Pc(x*,y*)＝αPr(x,y)+(1-α)Pw(x′,y′)其中，Pc(x*,y*)表示(x*,y*)的像素值，Pr(x,y)表示(x,y)的像素值，Pw(x′,y′)表示(x′,y′)的像素值；α表示權值，其計算公式為：其中：λ1＝Wx本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種輸電線路航拍圖像拼接方法，其特征在于，包括以下步驟：S1：將需要進行拼接的N張輸電線路航拍圖像按照拍攝時間先后進行排序，得到輸電線路航拍圖像序列I＝(I1,I2,…,IN)；S2：將N張待拼接圖像轉換成灰度圖像，并進行去噪處理和亮度均衡；S3：對經步驟S2處理后的所有待拼接圖像分別進行ORB特征點提取，每幅圖像篩選得到M個ORB特征點，得到每幅圖像的ORB特征點描述子集合Qn，n的取值范圍為n＝1,2,…,N；S4：令圖像序號n＝1，初始化已拼接圖像F1＝I1，已拼接圖像F1的特征點描述子集合P1＝Q1；S5：將已拼接圖像Fn的特征點描述子集合Pn與圖像In+1的特征點描述子集合Qn+1中的特征點進行匹配，得到特征點匹配對；S6：根據步驟S5得到的特征點匹配對求得已拼接圖像Fn變換到圖像In+1所在空間的變換矩陣H；S7：對已拼接圖像Fn和圖像In+1進行融合得到拼接圖像Fn+1，其具體方法包括以下步驟：S7.1：將已拼接圖像Fn的四個頂點采用變換矩陣H變換到圖像In+1的坐標空間，變換后的頂點集合記為將圖像In+1的四個頂點記為集合得到8個點坐標中的橫坐標的最大值xmax，橫坐標的最小值xmin，縱坐標的最大值ymax，縱坐標的最小值ymin；確定拼接圖像Fn+1的長L和寬W：L＝ymax?yminW＝xmax?xminS7.2：從已拼接圖像Fn中提取出圖像In對應的區域，記為圖像I′n，得到其質心并獲取圖像In+1的然后將根據變換矩陣H變換到圖像In+1的坐標空間，得到變換后的質心將通過變換矩陣H的逆矩陣H?1變換到已拼接圖像Fn的坐標空間，得到變換后的質心根據下述公式計算得到橫坐標權重Wx、W′x和縱坐標權重Wy、W′y：Wx=|x~n+1-x~n′y~n+1-y~n′||x~n+1-x~n′y~n+1-y~n′|+1]]>Wy＝1?WxWx′=|x~n+1′-x~ny~n+1′-y~n||x~n+1′-x~ny~n+1′-y~n|+1]]>W′y＝1?W′xS7.3：根據質心求得向量記圖像In+1的四個頂點坐標分別為(0,0)、和如果xC≥0，yC≥0，那么位于重合區域一側的圖像In+1的橫軸邊緣縱軸邊緣Yn=yn+1max;]]>如果xC≥0，yC＜0，那么位于重合區域一側的圖像In+1的橫軸邊緣縱軸邊緣Yn+1＝0；如果xC＜0，yC≥0，那么位于重合區域一側的圖像In+1的橫軸邊緣Xn+1＝0、縱軸邊緣Yn=yn+1max;]]>如果xC＜0，yC＜0，那么位于重合區域一側的圖像In+1的橫軸邊緣Xn+1＝0、縱軸邊緣Yn+1＝0；然后將通過變換矩陣H的逆矩陣H?1變換到圖像I′n的坐標空間，得到向量(x′C,y′C)，記圖像I′n的四個頂點坐標分別為和如果x′C≥0，y′C≥0，那么位于重合區域一側的圖像I′n的橫軸邊緣縱軸邊緣Yn=ynmin;]]>如果x′C≥0，y′C＜0，那么位于重合區域一側的圖像I′n的橫軸邊緣縱軸邊緣Yn=ynmax;]]>如果x′C＜0，y′C≥0，那么位于重合區域一側的圖像I′n的橫軸邊緣縱軸邊緣Yn=ynmin;]]>如果x′C＜0，y′C＜0，那么位于重合區域一側的圖像I′n的橫軸邊緣縱軸邊緣Yn=ynmax;]]>S7.4：根據長L和寬W初始化拼接圖像Fn+1，四個頂點坐標分別為：(0,0)、(0,L)、(W,0)和(W,L)，每個像素標簽設置為無效像素點，像素初始值根據需要設置；S7.5：遍歷拼接圖像Fn+1中每個像素點(x*,y*)，根據橫坐標最小值xmin和最小值ymin平移得到在圖像In+1對應的像素點坐標(x,y)，其中x＝x*+xmin，y＝y*+ymin，再將像素點(x,y)按照變換矩陣H的逆矩陣H?1變換到已拼接圖像Fn的坐標空間，得到對應的像素點坐標(x′,y′)；如果(x,y)在圖像In+1中有對應的有效像素點，(x′,y′)在已拼接圖像Fn中沒有對應的有效像素點，則令像素點(x*,y*)的像素值等于像素點(x,y)的像素值，像素標簽修改為有效像素點；如果(x,y)在圖像In+1中沒有對應的有效像素點，(x′,y′)在已拼接圖像Fn中有對應的有效像素點，則令像素點(x*,y*)的像素值等于像素點(x′,y′)的像素值，像素標簽修改為有效像素點；如果(x,y)在圖像In+1中沒有對應的有效像素點，(x′,y′)在已拼接圖像Fn中也沒有對應的有效像素點，則不作任何操作；如果(x,y)在圖像In+1中有對應的有效像素點，(x′,y′)在已拼接圖像Fn中也有對應的有效像素點，則進行加權融合得到像素點(x*,y*)的像素值，像素標簽修改為有效像素點；加權...

【技術特征摘要】
1.一種輸電線路航拍圖像拼接方法，其特征在于，包括以下步驟：S1：將需要進行拼接的N張輸電線路航拍圖像按照拍攝時間先后進行排序，得到輸電線路航拍圖像序列I＝(I1,I2,…,IN)；S2：將N張待拼接圖像轉換成灰度圖像，并進行去噪處理和亮度均衡；S3：對經步驟S2處理后的所有待拼接圖像分別進行ORB特征點提取，每幅圖像篩選得到M個ORB特征點，得到每幅圖像的ORB特征點描述子集合Qn，n的取值范圍為n＝1,2,…,N；S4：令圖像序號n＝1，初始化已拼接圖像F1＝I1，已拼接圖像F1的特征點描述子集合P1＝Q1；S5：將已拼接圖像Fn的特征點描述子集合Pn與圖像In+1的特征點描述子集合Qn+1中的特征點進行匹配，得到特征點匹配對；S6：根據步驟S5得到的特征點匹配對求得已拼接圖像Fn變換到圖像In+1所在空間的變換矩陣H；S7：對已拼接圖像Fn和圖像In+1進行融合得到拼接圖像Fn+1，其具體方法包括以下步驟：S7.1：將已拼接圖像Fn的四個頂點采用變換矩陣H變換到圖像In+1的坐標空間，變換后的頂點集合記為將圖像In+1的四個頂點記為集合得到8個點坐標中的橫坐標的最大值xmax，橫坐標的最小值xmin，縱坐標的最大值ymax，縱坐標的最小值ymin；確定拼接圖像Fn+1的長L和寬W：L＝ymax-yminW＝xmax-xminS7.2：從已拼接圖像Fn中提取出圖像In對應的區域，記為圖像I′n，得到其質心并獲取圖像In+1的然后將根據變換矩陣H變換到圖像In+1的坐標空間，得到變換后的質心將通過變換矩陣H的逆矩陣H-1變換到已拼接圖像Fn的坐標空間，得到變換后的質心根據下述公式計算得到橫坐標權重Wx、W′x和縱坐標權重Wy、W′y：Wy＝1-WxW′y＝1-W′xS7.3：根據質心求得向量記圖像In+1的四個頂點坐標分別為(0,0)、和如果xC≥0，yC≥0，那么位于重合區域一側的圖像In+1的橫軸邊緣縱軸邊緣如果xC≥0，yC＜0，那么位于重合區域一側的圖像In+1的橫軸邊緣縱軸邊緣Yn+1＝0；如果xC＜0，yC≥0，那么位于重合區域一側的圖像In+1的橫軸邊緣Xn+1＝0、縱軸邊緣如果xC＜0，yC＜0，那么位于重合區域一側的圖像In+1的橫軸邊緣Xn+1＝0、縱軸邊緣Yn+1＝0；然后將通過變換矩陣H的逆矩陣H-1變換到圖像I′n的坐標空間，得到向量(x′C,y′C)，記圖像I′n的四個頂點坐標分別為和如果x′C≥0，y′C≥0，那么位于重合區域一側的圖像I′n的橫軸邊緣縱軸邊緣如果x′C≥0，y′C＜0，那么位于重合區域一側的圖像I′n的橫軸邊緣縱軸邊緣如果x′C＜0，y′C≥0，那么位于重合區域一側的圖像I′n的橫軸邊緣縱軸邊緣如果x′C＜0，y′C＜0，那么位于重合區域一側的圖像I′n的橫軸邊緣縱軸邊緣S7.4：根據長L和寬W初始化拼接圖像Fn+1，四個頂點坐標分別為：(0,0)、(0,L)、(W,0)和(W,L)，每個像素標簽設置為無效像素點，像素初始值根據需要設置；S7.5：遍歷拼接圖像Fn+1中每個像素點(x*,y*)，根據橫坐標最小值xmin和縱坐標最小值ymin平移得到在圖像In+1對應的像素點坐標(x,y)，其中x＝x*+xmin，y＝y*+ymin，再將像素點(x,y)按照變換矩陣H的逆矩陣H-1變換到已拼接圖像Fn的坐標空間，得到對應的像素點坐標(x′,y′)；如果(x,y)在圖像In+1中有對應的有效像素點，(x′,y′)在已拼接圖像Fn中沒有對應的有效像素點，則令像素點(x*,y*)的像素值等于像素點(x,y)的像素值，像素標簽修改為有...

【專利技術屬性】
技術研發人員：鄒見效，周雪，何建，徐紅兵，姜鵬飛，
申請(專利權)人：電子科技大學，
類型：發明
國別省市：四川;51