基于图像拼接的扩大树木图像采集视野研究

摘要

森林病虫害严重制约我国造林绿化和生态环境建设，而传统的化学防治效率相当低下，因此研究基于机器视觉的农药精确对靶施用技术十分必要。针对农药精确对靶喷雾技术中，由于树木高大、采集树木图像视野狭窄等问题，本文通过研究树木图像拼接，将局部树木图像拼接成完整树木图像，同时在图像拼接过程中获得目标树木深度信息，为准确调整农药喷雾范围和喷雾射程提供依据。 首先，本文针对树木图像的特点，探索出一套适用于树木图像拼接的方法。主要包括：从背景中分离树木、寻找特征区域、确定模板、搜索匹配点、计算拼接参数、原始图像预处理、初步拼接图像、拼接接缝处理、完成树木图像拼接等步骤。 其次，建立基于单组树木图像拼接的分析系统。该系统将静态的单组树木图像的拼接过程划分成多个小步，可以单步运行并显示中间状态。拼接过程中也可以选择不同的算法及参数，为分析拼接效果和优化算法提供平台，为实时拼接系统的建立奠定基础。 最后，建立动态树木图像序列的实时拼接系统。搭建树木图像实时拼接试验的硬件平台，主要包括：主计算机、数字CCD摄像机(含两个摄像机)、双摄像机固定架、1394卡和模拟树木。本系统完成了从图像采集到拼接的实时过程。在树木图像拼接的同时，基于双目视觉的基本原理，通过研究两摄像机与目标树木的空间位置关系，建立几何模型，利用摄像机视野范围、光轴夹角、焦点距离等参数，结合树木图像拼接时获得的拼接参数，获得目标树木的深度信息。 本文研究可为完善精确对靶喷雾技术提供理论和实践的依据。

目录

文摘

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致谢

第一章绪论

1.1引言

1.1.1森林病虫害防治的重要性分析

1.1.2农药精确对靶施用简介

1.1.3视野狭窄局限性与扩大视野分析

1.2图像拼接主要方法

1.2.1相关性方法

1.2.2傅立叶方法

1.2.3对应点映射法

1.3图像拼接国内外研究动态

1.4本文研究内容与研究意义

1.4.1本文主要研究内容

1.4.2研究目的和意义

第二章图像自动拼接系统分析

2.1自动拼接系统总体设计

2.2系统硬件

2.2.1摄像机

2.2.2计算机

2.3系统软件

2.3.1软件平台

2.3.2单组树木图像拼接分析系统

2.3.3动态树木图像序列实时拼接系统

第三章基于单组树木图像拼接的分析系统设计

3.1单组树木拼接系统功能分析

3.1.1系统功能

3.1.2系统框图

3.2树木图像输入和显示模块

3.2.1图像文件的结构

3.2.2图像的读入

3.2.3图像的显示

3.3树木图像处理和对应点匹配模块

3.3.1颜色分割

3.3.2灰度化

3.3.3梯度化

3.3.4寻找和确定特征点

3.3.5模板提取

3.3.6寻找匹配点

3.4树木图像拼接及融合模块

3.4.1图像拼接预处理

3.4.2图像的拼接

3.4.3图像的接缝处理

3.5已拼接树木图像分割模块

3.5.1颜色分割和二值化处理

3.5.2图像膨胀和腐蚀

3.6树木图像存储模块

3.7系统用户界面

第四章基于动态树木图像序列实时拼接的系统设计

4.1动态树木图像序列实时拼接系统功能分析

4.1.1系统功能

4.1.2系统框图

4.2视频捕获模块

4.2.1视频捕获方法介绍

4.2.2捕获视频

4.3硬件调试和参数调整模块

4.3.1焦距调整

4.3.2白平衡调整

4.3.3曝光时间和光圈调整

4.3.4摄像机图像捕获和分割测试

4.4树木图像拼接处理模块

4.4.1图像拼接

4.4.2拼接正确率优化处理

4.5拼接树木图像深度信息提取模块

4.5.1双目视觉原理应用

4.5.2测距模块设计

4.6系统用户界面

第五章试验设计与结果分析

5.1摄像机固定装置设计

5.2树木图像拼接试验设计及结果分析

5.3深度信息提取试验设计及结果分析

5.4试验结果综合分析

第六章主要研究结论及进一步研究建议

6.1主要研究结论

6.2进一步研究建议

参考文献