CN103295215A - 基于cis大幅面扫描仪的图像自动拼接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于CIS大幅面扫描仪的图像自动拼接方法，解决CIS大幅面扫描仪扫描的图像存在拼接效率低的问题。本发明包括以下步骤：（1）准备一张拼接纸并对其进行扫描，得到原始的图像数据；（2）在图像中标出点P11、P12、P13、P14、P21、P22、P23、P24，并以此逐步计算出所有CIS的倾斜参数、相邻CIS之间的重合参数和上下偏移参数；（3）数据采集板将所有CIS采集到的数据传递给数据拼接板；（4）数据拼接板根据倾斜参数、重合参数和上下偏移参数，将所有CIS采集到的图像进行拼接，得到完整的拼接图像的数据，并将其传输至上位机；（5）上位机对接收的图像数据进行处理，并输出扫描后完整的拼接图像。本发明具有图像拼接效率高、拼接质量好的优点。

Description

基于CIS大幅面扫描仪的图像自动拼接方法

技术领域

本发明涉及一种图像拼接方法，具体地说，是涉及一种基于CIS（接触式图像传感器Contact Image Sensor以下简称CIS）大幅面扫描仪的图像自动拼接方法

背景技术

在现代信息科学技术突飞猛进的今天，人们实际扫描的图像尺寸越来越大，扫描的精度要求也越来越高，采用多根CIS的大幅面扫描仪因此应运而生，而图像的拼接技术也就成为了CIS的大幅面扫描仪扫描图像的一个重要环节。

就目前而言，传统的大幅面扫描仪的自动拼接主要是将每根CIS所采集的数据，按照相邻CIS之间固定的差异量，交给上位机来完成图像的拼接。这种拼接方法效率比较低，而且对上位机的资源消耗较大，进而会直接影响到上位机对图像的处理。

因此，如何提高图像的拼接效率，以便达到快速处理拼接图像数据的目的，便成为众多本领域技术人员需要解决的主要问题之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于CIS大幅面扫描仪的图像自动拼接方法，主要解决CIS大幅面扫描仪扫描的图像存在拼接效率低的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

基于CIS大幅面扫描仪的图像自动拼接方法，包括以下步骤：

（1）准备一张拼接纸，并对其进行扫描，得到原始的图像数据，同时将扫描仪中的N根CIS按照1、2、3……N的顺序进行编号；

（2）在图像中标出点P11、P12、P13、P14、P21、P22、P23、P24，其中，点P11、P12、P13、P14在1号CIS的扫描范围内，点P21、P22、P23、P24在2号CIS的扫描范围内；

（3）根据标出的点P11、P12、P13、P14、P21、P22、P23、P24计算出1号CIS和2号CIS的倾斜参数θ1和θ2，同时分别计算出1号CIS和2号CIS之间的重合参数D12和上下偏移参数H12；

（4）按照步骤（2）、（3）的方式计算出3、4、5……N号CIS的倾斜参数θ3、θ4、θ5……θN，同时计算出相邻CIS之间的重合参数D23、D34、D45……D(N-1)N，以及相邻CIS之间的上下偏移参数H23、H34、H45……H（N-1）N；

（5）数据采集板将所有的CIS所采集到的数据根据相同的时序，并按照采集到的数据顺序传递给数据拼接板；

（6）数据拼接板根据倾斜参数、重合参数和上下偏移参数，将所有的CIS所采集到的图像进行拼接，得到完整的拼接图像的数据，并将其传输至上位机；

（7）上位机对接收的图像数据进行处理，并输出扫描后完整的拼接图像。

进一步地，为保证本发明能够更好地被实现，所述步骤（1）中的拼接纸为具有基准尺寸的网格拼接纸。

为保证图像扫描的质量，所述步骤（2）中，在标出图像中的点P前，还首先对获得的原始图像数据进行去噪处理。

再进一步地，所述步骤（3）的具体过程为：根据标出的点P11、P12、P13、P14、P21、P22、P23、P24，利用公式

计算出1号CIS的倾斜参数，并根据

计算出2号CIS的倾斜参数，其中，P11y、P12y、P21y、P22y分别代表P11、P12、P21、P22四个点在图像中的纵坐标，P11x，P12x、P21x、P22x分别代表P11、P12、P21、P22四个点在图像中的横坐标；同时，根据公式D12=|P12-P13|+|P24-P21|-D_标，计算出1号CIS和2号CIS之间的重合参数，其中，D_标代表拼接纸中的每个小网格在当前分辨率下本身所占的像素宽度，并根据H12=|P21-P12|计算出1号CIS和2号CIS之间的上下偏移参数。解释详见权利要求4的注解

具体地说，所述步骤（6）包括以下步骤：

（6a）数据拼接板根据倾斜参数，将每根CIS所采集到的图像按照各自的倾斜参数θN进行旋转，直到所有图像均恢复至水平方向；

（6b）根据相邻的CIS之间的重合参数，将旋转后的图像数据中相邻的CIS之间重合部分的像素宽度的数据舍弃；

（6c）以1号CIS为基准，根据上下偏移参数得出每根CIS与该CIS对齐所需要的上下偏移量；

（6d）找出与1号CIS之间的上下偏移量最小的CIS，并将该上下偏移量的值记为0，同时相应地调整其他CIS与1号CIS的上下偏移量的值，并计算出其他CIS与上下偏移量记为0的那根CIS的相对上下偏移量；

（6e）提取上下偏移量记为0的那根CIS的第一行数据，并提取其余每根CIS中与该上下偏移量记为0的CIS所提取的数据对应的数据，根据相对上下偏移量，利用数据拼接板将所有的CIS对应的数据对齐并拼接形成一行完整的数据；

（6f）按照步骤（6e）的方式将所有CIS中其他行的数据一一提取并进行拼接，得到完整的拼接图像的数据。

本发明的设计原理为：将所有CIS的倾斜参数、相邻CIS之间的重合参数和相邻CIS之间的上下偏移参数计算出，通过倾斜参数控制调整多个单一的扫描图像，使其旋转校正，然后根据重合参数将相邻两根CIS之间像素宽度重合的部分舍弃，为所有CIS采集的图像能够实现无重合拼接做好铺垫，然后找出基准CIS，并利用上下偏移参数计算出其余CIS与该基准CIS之间的上下偏移量，找出与基准CIS的上下偏移量最小的那根CIS，并将其与基准CIS的上下偏移量的值记为0，然后相应地调整其他CIS与基准CIS的上下偏移量的值，并计算出其他CIS与上下偏移量记为0的那根CIS的相对上下偏移量，接着提取与基准CIS的上下偏移量最小的那根CIS中的数据，并相应地提取其余每根CIS中与该CIS所提取的数据对应的数据，并根据相对上下偏移量，利用数据拼接板将所有的CIS对应的数据全部对齐并拼接形成完整的图像数据，最后交由上位机进行处理并进行扫描后的拼接图像的输出。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明针对现有技术提出了一套全新的扫描图像拼接的理论，并通过实践得到了很好的验证，其采用的技术方案具有构思严谨、可行性高的特点。

（2）本发明采用了计算倾斜参数、重合参数以及上下偏移参数的方式，确保了由多根CIS扫描出来的图像的完美拼接，其可以将得到的倾斜参数、重合参数和上下偏移参数整合成拼接参数，并置入到硬件中，然后利用硬件自动完成多个单一图像的拼接，使其形成完整的拼接的图像并进行输出，完全无需用户手动盲调拼接参数，并且在本发明中，整个拼接过程在均是由硬件完成，大大减小了上位机处理数据的压力，本发明具有图像拼接效率高、拼接质量好、扫描图像精度高的优点，其与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步。

（3）本发明在获得原始的图像数据后，还对其进行去噪处理，从而可以很好地消除图像中细小的污点，保证了扫描图像的质量。

附图说明

图1为本发明的流程示意图。

图2为本发明-实施例中点P11、P12、P13、P14、P21、P22、P23、P24的位置标注示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例

本发明在现有软硬件的基础上，采用了一套全新的图像拼接方法，从而实现了扫描图像的自动拼接，如图1所示，其拼接的过程主要为：（1）扫描拼接纸；（2）计算所有CIS的倾斜参数、重合参数和上下偏移参数；（3）数据采集板采集所有CIS的数据并传输；（4）拼接板接收数据并对图像进行拼接；（5）上位机对图像进行输出。整个拼接方法首先是准备一张拼接纸，本实施例中，该拼接纸优选为具有基准尺寸的网格拼接纸，然后对其进行扫描，得到原始的图像数据，同时将扫描仪中的N根CIS按照1、2、3……N的顺序进行编号。所有的CIS型号、规格一致，本发明通过标出1号CIS和2号CIS中的点P为例来对以下的图像拼接过程进行阐述，如下所述：

（1）在图像中标出点P11、P12、P13、P14、P21、P22、P23、P24，其中，点P11、P12、P13、P14在1号CIS的扫描范围内，点P21、P22、P23、P24在2号CIS的扫描范围内，点P11、P12、P13、P14、P21、P22、P23、P24的标注位置如图2所示，这里我们可以将每根CIS的扫描范围用多根横竖交叉的线条来进行表示，图2中点P11、P12、P13、P14的标注位置分别是：点P11是其中一根横线在1号CIS中最左边的那个点；点P12是该横线在1号CIS中最右边的那个点；点P13是该横线与1号CIS内最右边的那根竖线的交点；点P14是该横线与1号CIS内最左边的那根竖线的交点，点P21、P22、P23、P24的标注位置与此类似；并且在进行该步骤之前，可先对原始的图像数据进行去噪处理，以便消除需要拼接的图像上存在的一些微小的污点，确保图像扫描的质量；

（2）根据步骤（1）中标出的点P11、P12、P13、P14、P21、P22、P23、P24计算出1号CIS和2号CIS的倾斜参数θ1和θ2，同时分别计算出1号CIS和2号CIS之间的重合参数D12和上下偏移参数H12；该步骤的具体实施过程为：根据标出的点P11、P12、P13、P14、P21、P22、P23、P24，根据公式

计算出1号CIS的倾斜参数，并根据

计算出2号CIS的倾斜参数，其中，P11y、P12y、P21y、P22y分别代表P11、P12、P21、P22四个点在图像中的纵坐标，P11x，P12x、P21x、P22x分别代表P11、P12、P21、P22四个点在图像中的横坐标；同时，根据公式D12=|P12-P13|+|P24-P21|-D_标，计算出1号CIS和2号CIS之间的重合参数，其中，|P12-P13|代表P12和P13两个点在图像中的像素距离，|P24-P21|代表P24和P21两个点在图像中的像素距离，D_标代表拼接纸中的每个小网格在当前分辨率下本身所占的像素宽度，并根据H12=|P21-P12|计算出1号CIS和2号CIS之间的上下偏移参数，其中|P21-P12|代表P21和P12两个点在图像中的像素距离；

（3）按照步骤（1）、（2）的方式计算出3、4、5……N号CIS的倾斜参数θ3、θ4、θ5……θN，同时计算出相邻CIS之间的重合参数D，如：2号CIS和3号CIS之间的重合参数为D23，3号CIS和4号CIS之间的重合参数为D34，4号CIS和5号CIS之间的重合参数D45……依次类推，以及相邻CIS之间的上下偏移参数H，如：2号CIS和3号CIS之间的上下偏移参数为H23，3号CIS和4号CIS之间的上下偏移参数为H34，4号CIS和5号CIS之间的上下偏移参数为H45……依次类推；

在进行下一步骤前，为了提高各个CIS的倾斜参数、重合参数和上下偏移参数的准确性，可再次重复步骤（2），在图像中标出另外的点P’11、P’12、P’13、P’14、P’21、P’22、P’23、P’24，然后按照步骤（2）、（3）的方式计算出每根CIS的倾斜参数θ′1、θ′2、θ′3……θ′N，同时计算出相邻CIS之间的重合参数D’12、D’23、D’34……D’（N-1）N，以及相邻CIS之间的上下偏移参数H’12、H’23、H’34……H’（N-1）N；最后根据计算的两组数据求出每根CIS的倾斜参数θN、相邻CIS之间的重合参数D（N-1）N和相邻CIS之间的上下偏移参数H（N-1）N的平均值；利用求得的平均值来进行下一步的计算，可以进一步提高图像拼接的精度；

（4）数据采集板将所有的CIS所采集到的数据根据相同的时序，并按照采集到的数据顺序传递给数据拼接板；

（5）数据拼接板根据倾斜参数、重合参数和上下偏移参数，将所有的CIS所采集到的图像进行拼接，得到完整的拼接图像的数据，并将其传输至上位机；

该步骤具体包含以下步骤：

（5a）数据拼接板根据倾斜参数，将每根CIS所采集到的图像按照各自的倾斜参数θN进行旋转，直到所有图像均恢复至水平方向；

（5b）根据相邻的CIS之间的重合参数，将旋转后的图像数据中相邻的CIS之间重合部分的像素宽度的数据舍弃，即：将2号CIS与1号CIS重合的像素宽度为D12的部分舍弃，将3号CIS与2号CIS重合的像素宽度为D23的部分舍弃，将4号CIS与3号CIS重合的像素宽度为D34的部分舍弃……依次类推；

（5c）以1号CIS为基准，根据上下偏移参数得出每根CIS与该CIS对齐所需要的上下偏移量，即：2号CIS与1号CIS之间的上下偏移量为H12，3号CIS与1号CIS之间的上下偏移量为（H23+H12），4号CIS与1号CIS之间的上下偏移量为（H34+H23+H12）……依次类推；这里选择的基准CIS可以是任意的，若选择2号CIS为基准，则相应地，1号CIS与2号CIS之间的上下偏移量为H12，3号CIS与2号CIS之间的上下偏移量为H23，4号CIS与2号CIS之间的上下偏移量为（H23+H34），5号CIS与2号CIS之间的上下偏移量为（H23+H34+H45）……依次类推，并且这里的上下偏移量可以为负数，负数即代表该CIS在基准CIS上方，正数则代表该CIS在基准CIS的下方；

（5d）找出与1号CIS之间的上下偏移量最小的CIS，并将该上下偏移量的值记为0，同时相应地调整其他CIS与1号CIS的上下偏移量的值，并计算出其他CIS与上下偏移量记为0的那根CIS的相对上下偏移量，例如：2号CIS与1号CIS之间的上下偏移量H12是最小偏移量，则令H2=0，相应地，3号CIS与2号CIS之间的相对上下偏移量为（H23+H12-H12）=H23……依次类推，若3号CIS与1号之间的上下偏移量（H23+H12）为最小偏移量，则令（H23+H12）=0，相应地，2号CIS与3号CIS之间的相对偏移量为（H12-H23-H12）=-H23，4号CIS与3号CIS之间的相对偏移量为（H34+H23+H12-H23-H12）=H34……依次类推；这里与基准CIS之间的上下偏移量的值最小的那根CIS是固定的，不会因为选择的基准CIS的不同而出现不同的CIS，由于1号CIS本身的上下偏移量便为0，因此，若是其余每根CIS与1号CIS的上下偏移量均大于0，则1号CIS本身的上下偏移量即为最小偏移量，其余每根CIS与1号CIS之间的上下偏移量便为相对上下偏移量；

（5e）提取上下偏移量记为0的那根CIS的第一行数据，并提取其余每根CIS中与该上下偏移量记为0的CIS所提取的数据对应的数据，根据相对上下偏移量，利用数据拼接板将所有的CIS对应的数据对齐并拼接形成一行完整的数据；

（5f）按照步骤（5e）的方式将所有CIS中其他行的数据一一提取并进行拼接，得到完整的拼接图像的数据；

（6）上位机对接收的图像数据进行处理，并输出扫描后完整的拼接图像。

本发明所有的步骤环环相扣，紧密相连，通过上述步骤的实施，便可利用CIS大幅面扫描仪将需要扫描的大尺寸图像进行扫描、采集、拼接并完整地输出，本发明突破了现有技术的限制，使扫描图像的拼接达到了一个新的高度，大幅度提高了CIS大幅面扫描仪对于大尺寸图像的扫描精度，也大大方便了后续对扫描图像的应用。

按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是，基于上述设计的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一致的，也应当在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.基于CIS大幅面扫描仪的图像自动拼接方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）准备一张拼接纸，并对其进行扫描，得到原始的图像数据，同时将扫描仪中的N根CIS按照1、2、3……N的顺序进行编号；

（2）在图像中标出点P11、P12、P13、P14、P21、P22、P23、P24，其中，点P11、P12、P13、P14在1号CIS的扫描范围内，点P21、P22、P23、P24在2号CIS的扫描范围内；

（3）根据标出的点P11、P12、P13、P14、P21、P22、P23、P24计算出1号CIS和2号CIS的倾斜参数θ1和θ2，同时分别计算出1号CIS和2号CIS之间的重合参数D12和上下偏移参数H12；

（4）按照步骤（2）、（3）的方式计算出3、4、5……N号CIS的倾斜参数θ3、θ4、θ5……θN，同时计算出相邻CIS之间的重合参数D23、D34、D45……D(N-1)N，以及相邻CIS之间的上下偏移参数H23、H34、H45……H（N-1）N；

（5）数据采集板将所有的CIS所采集到的数据根据相同的时序，并按照采集到的数据顺序传递给数据拼接板；

（6）数据拼接板根据倾斜参数、重合参数和上下偏移参数，将所有的CIS所采集到的图像进行拼接，得到完整的拼接图像的数据，并将其传输至上位机；

（7）上位机对接收的图像数据进行处理，并输出扫描后完整的拼接图像。

2.根据权利要求1所述的基于CIS大幅面扫描仪的图像自动拼接方法，其特征在于，所述步骤（1）中的拼接纸为具有基准尺寸的网格拼接纸。

3.根据权利要求2所述的基于CIS大幅面扫描仪的图像自动拼接方法，其特征在于，所述步骤（2）中，在标出图像中的点P前，还首先对获得的原始图像数据进行去噪处理。

4.根据权利要求1～3任意一项所述的基于CIS大幅面扫描仪的图像自动拼接方法，其特征在于，所述步骤（3）的具体过程为：根据标出的点P11、P12、P13、P14、P21、P22、P23、P24，利用公式计算出1号CIS的倾斜参数，并根据

计算出2号CIS的倾斜参数，其中，P11y、P12y、P21y、P22y分别代表P11、P12、P21、P22四个点在图像中的纵坐标，P11x，P12x、P21x、P22x分别代表P11、P12、P21、P22四个点在图像中的横坐标；同时，根据公式D12=|P12-P13|+|P24-P21|-D_标，计算出1号CIS和2号CIS之间的重合参数，其中，D_标代表拼接纸中的每个小网格在当前分辨率下本身所占的像素宽度，并根据H12=|P21-P12|计算出1号CIS和2号CIS之间的上下偏移参数。

5.根据权利要求4所述的基于CIS大幅面扫描仪的图像自动拼接方法，其特征在于，所述步骤（6）包括以下步骤：

（6a）数据拼接板根据倾斜参数，将每根CIS所采集到的图像按照各自的倾斜参数θN进行旋转，直到所有图像均恢复至水平方向；

（6b）根据相邻的CIS之间的重合参数，将旋转后的图像数据中相邻的CIS之间重合部分的像素宽度的数据舍弃；

（6c）以1号CIS为基准，根据上下偏移参数得出每根CIS与该CIS对齐所需要的上下偏移量；

（6d）找出与1号CIS之间的上下偏移量最小的CIS，并将该上下偏移量的值记为0，同时相应地调整其他CIS与1号CIS的上下偏移量的值，并计算出其他CIS与上下偏移量记为0的那根CIS的相对上下偏移量；

（6e）提取上下偏移量记为0的那根CIS的第一行数据，并提取其余每根CIS中与该上下偏移量记为0的CIS所提取的数据对应的数据，根据相对上下偏移量，利用数据拼接板将所有的CIS对应的数据对齐并拼接形成一行完整的数据；

（6f）按照步骤（6e）的方式将所有CIS中其他行的数据一一提取并进行拼接，得到完整的拼接图像的数据。

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