一种基于图像轮廓贴合误差和外圆一致性度量的陶瓷碎片二维拼接方法与流程

技术特征：

1.一种基于图像轮廓贴合误差和外圆一致性度量的陶瓷碎片二维拼接方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：读入两幅待拼接的陶瓷碎片a和b的灰度图像，利用均值滤波器对图像做平滑处理，滤除噪声；

步骤二：采用阈值处理和形态学操作提取图像轮廓，阈值th可设定，形成轮廓点坐标集合分别为a^p和b^p；

步骤三：采用hough变换分别计算轮廓点坐标集合a^p和b^p中所包含的直线，形成线段特征集合a^l和b^l；

步骤四：采用hough变换分别计算轮廓点坐标集合a^p和b^p中所包含的半径最大的圆弧，形成圆弧特征点集合a^c和b^c；

步骤五：从线段集合a^l上提取一条线段aⁱ；

步骤六：假设aⁱ长度为k，与轮廓集合b^p中从索引s从0开始的k个点形成的集合b^s依次对应，s的取值范围从0到b^p的长度，计算直线点集aⁱ到b^s的变换矩阵m；

步骤七：将变换矩阵m应用到a^p上，得到变换后的轮廓d^p，将变换后的轮廓d^p与轮廓b^p按照aⁱ和b^s的k个对应点对齐，形成集合d^p'和b^p'；

步骤八：对齐后的轮廓d^p'和b^p'，计算轮廓贴合误差和外圆轮廓一致性误差，通过加权形成总误差，取总误差最小者对应的变换矩阵m作为碎片a与碎片b的刚体变换矩阵，将其标记为mf；

步骤九：跳转至步骤六执行直到索引s到达b^p的长度为止；

步骤十：跳转到步骤五执行，直到轮廓集合a^l上的每条线段特征都被计算为止；

步骤十一：将刚体变换矩阵mf应用到碎片a上，然后与碎片b显示在同一张图上呈现拼接结果。

2.根据权利要求1所述的陶瓷碎片二维拼接方法，其特征在于：所述步骤二中，阈值th的数值范围为10～255，形态学操作提取图像轮廓的公式为：，其中e代表阈值处理后形成的陶瓷碎片区域点集合，β(e)代表碎片的轮廓点集合，f为结构元素，采用3像素×3像素正方形，代表集合的二值腐蚀操作。

3.根据权利要求1所述的陶瓷碎片二维拼接方法，其特征在于：所述步骤三中，集合a^l和b^l分别为a^p和b^p的子集，a^l和b^l各自包含的线段数大于等于1。

4.根据权利要求1所述的陶瓷碎片二维拼接方法，其特征在于：所述步骤四中，a^c和b^c分别为a^p和b^p的子集；a^c和b^c所包含的圆弧段数等于1。

5.根据权利要求1所述的陶瓷碎片二维拼接方法，其特征在于：所述步骤六中，变换矩阵m可表达为，m变换矩阵仅包括旋转和平移，依据最小二乘法计算，各参数的计算公式为：

，其中xt1,yt1分别表示aⁱ中点的横坐标和纵坐标，xt2,yt2分别表示b^s中点的横坐标和纵坐标。

6.根据权利要求1所述的陶瓷碎片二维拼接方法，其特征在于：所述步骤七中，轮廓d^p与轮廓b^p按照aⁱ和b^s的k个对应点对齐指的是通过平移轮廓d^p中点的顺序形成集合d^p'，保证k个对应点在集合d^p'与b^p'中的索引是相同的，其中b^p'与b^p集合完全相同。

7.根据权利要求1所述的陶瓷碎片二维拼接方法，其特征在于：所述步骤八中，总误差可表示为，其中e代表总误差，eunary为轮廓贴合误差，ecircle为外圆轮廓一致性误差，λ为可设系数，用于调整轮廓贴合误差和外圆轮廓一致性误差在总误差的比重，取值范围为0～10。

8.根据权利要求7所述的陶瓷碎片二维拼接方法，其特征在于：所述轮廓贴合误差eunary的计算方法为：取b^p'和d^p'集合长度最小值，用n表示，则，其中代表向量的1范数，τ为可设定的值，用于最大值截断，其取值范围为1～20，eunary值越小表示轮廓贴合程度越好。

9.根据权利要求7所述的陶瓷碎片二维拼接方法，其特征在于：

所述外圆轮廓一致性误差ecircle的计算方法为：将变换矩阵m应用到圆弧点集合a^c上形成集合d^c，即d^c=m*a^c，若圆弧特征集合b^c圆心为bcor,则，其中，di^c表示集合d^c第i点的坐标，为集合d^c的长度；ra、rb分别为碎片a、b圆弧特征的半径，σ为阈值，代表向量的1范数，只有两块碎片的外圆半径小于σ时，外圆轮廓一致性约束才起作用。

10.根据权利要求9所述的陶瓷碎片二维拼接方法，其特征在于：所述可设定阈值σ，取值范围10～50；所述ecircle公式中的δ为调整系数，用于限定变换后的圆弧的位置，若集合d^c中的每个点所形成的误差项计算结果的符号都相同，则δ=δ，否则δ=2δ，δ为可调参数，取值范围为0.1～2。