全景圖像拼接算法

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1、第43卷增刊1大連理工大學(xué)學(xué)報(bào)Vol.43,S12003年10月JournalofDalianUniversityofTechnologyOct12003文章編號(hào):100028608(2003)S12S180203全景圖像拼接算法3曹俊杰,封靖波,蘇志勛(大連理工大學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)系,遼寧大連116024)摘要:提出了一種新的柱面圖像拼接算法,即利用相鄰2幅圖像中的2組特征點(diǎn),確定2幅圖像的位置關(guān)系.該算法可自動(dòng)對(duì)照相機(jī)水平環(huán)拍的1組圖像進(jìn)行無(wú)縫拼接,得到1幅360°的柱面全景圖像.實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了算法的有效性.關(guān)鍵詞:全景圖;柱面投影;梯度;中值濾波中圖分類號(hào):TP391141文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A0引

2、言平面,以防止視差的出現(xiàn).在實(shí)際拍攝中,景物距離相機(jī)足夠遠(yuǎn)即可把景物視為平面.全景圖和超寬視角的圖像在現(xiàn)實(shí)生活中有著柱面和球面全景圖因其360°全視角的優(yōu)點(diǎn)廣泛的應(yīng)用.在虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域中,利用全景圖像而有著最廣泛的應(yīng)用.本文即針對(duì)柱面全景圖提[1、2]表示實(shí)景可代替復(fù)雜的32D場(chǎng)景建模和繪制.出了一種基于最大梯度的匹配方法,利用相鄰兩[3][4]在其他諸如視頻壓縮、傳輸和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域,幅圖像中的兩組特征點(diǎn),確定兩幅圖像的位置關(guān)全景圖也有其不可替代的作用.利用廣角鏡頭可系.得到寬視角的圖像,但得到360°的全景圖往往比較困難,而且,廣角鏡頭的邊緣會(huì)產(chǎn)生難以避免的1柱面投影扭曲變形.隨著計(jì)算機(jī)和圖

3、像處理技術(shù)的發(fā)展,相機(jī)采集到的反映360°全景的1組圖像是相圖像拼接技術(shù)為得到全景圖提供了很好的解決方機(jī)在不同角度下拍攝的,它們并不在同一投影平案.它可將一系列有重疊邊界的普通圖像或視頻面上,如果對(duì)重疊的圖像直接進(jìn)行無(wú)縫拼接,會(huì)破圖像進(jìn)行無(wú)縫拼接而得到全景圖.壞實(shí)際景物的視覺(jué)一致性,如景物中的直線拼接得到原始圖像不同的方式,產(chǎn)生了不同的圖后會(huì)變成折線.為了保持實(shí)際景物的空間約束關(guān)像拼接算法.大致可分為如下幾類:系,必須將得到的反映各自投影平面的圖像映射[3、5]柱面?球面全景圖是應(yīng)用最多的一類全到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)投影——柱面投影上.進(jìn)行柱面投景圖,它要求相機(jī)繞一垂直轉(zhuǎn)軸(如三腳架)作水影后才能進(jìn)行

4、拼接得到視覺(jué)一致的全景圖像.平轉(zhuǎn)動(dòng).本文的方法也是以這一類全景圖為處理利用文獻(xiàn)[2]中的公式可得到圖像的柱面投對(duì)象.影以及焦距的估計(jì),結(jié)果如圖1所示.[6]基于仿射變換全景圖常被用來(lái)作為基于透視變換全景圖的一種近似.它可處理的相機(jī)運(yùn)動(dòng)包括相機(jī)的平移、鏡頭的拉伸(焦距改變)和繞光軸的旋轉(zhuǎn).在相機(jī)傾斜程度不大以及焦距足夠大的時(shí)候,基于仿射變換的方法可獲得較好的匹配結(jié)果.[7]基于透視變換全景圖對(duì)相機(jī)的運(yùn)動(dòng)沒(méi)有圖1處理前后的圖像嚴(yán)格的限制,但它要求被拍攝的景物是一近似的Fig11Imagesbeforeandaftertreatment收稿日期:2002206202.基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金資

5、助項(xiàng)目(60275029).作者簡(jiǎn)介:曹俊杰3(19772),男,碩士生,E2mail:jingbofeng@sina.com.cn.?1994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net增刊1曹俊杰等:全景圖像拼接算法S181示.2圖像的拼接2幅圖像中有相似的部分,則上面的2個(gè)數(shù)組一旦將圖像投影到一統(tǒng)一的柱面上之后,全中必有一部分,它們的差數(shù)組具有很好的穩(wěn)定性,景圖的拼接問(wèn)題就轉(zhuǎn)化為在柱面上圖像間的平移即差數(shù)組的方差具有局部最小的性質(zhì),這樣就可問(wèn)題,即確定一

6、幅圖像相對(duì)于上一幅圖像的水平以找到2幅圖像的位置關(guān)系.和垂直偏移量.2.1特征提取將待拼接的左、右2幅圖像分別記為Il、Ir.寬和高分別為Wl、Wr和Hl、Hr.取圖像的左上角作為圖像坐標(biāo)的原點(diǎn).本文提取這樣的特征點(diǎn):對(duì)于每幅圖像,首先利用Canny算子提取圖像的邊緣,在每一列的邊緣點(diǎn)中找出梯度值最大的一點(diǎn),記錄該點(diǎn)的縱坐標(biāo).若此列不存在邊緣點(diǎn),則直接找出該列的梯度值最大點(diǎn).對(duì)于圖像中任意一點(diǎn)(i,j),梯度值由下式給出:圖2特征點(diǎn)的分布情況2I(i+1,j)-I(i-1,j)Mag(i,j)=+Fig12Layoutoffeaturepoints221?2I(i,j+1)-I(i,j-1

7、)2.3匹配策略2由于2幅圖像的重疊部分一般不超過(guò)50%,I(i,j)是點(diǎn)(i,j)的灰度值.這樣可得到2個(gè)長(zhǎng)度為減小計(jì)算量,只在左圖像的右半部分和右圖像分別為Wl和Wr的數(shù)組Magl和Magr,數(shù)組中的的左半部分中進(jìn)行計(jì)算,下面來(lái)確定全局最小方元素是圖像中該列上梯度最大點(diǎn)的縱坐標(biāo).這2差的兩段子數(shù)組.這兩段的起始位置,也就是兩個(gè)數(shù)組反映了2幅圖像中按列最大梯度特征點(diǎn)分幅圖像的最佳匹配點(diǎn).布的情況.在確定每列梯度的最大點(diǎn)