拼接多幅魚眼圖像，產生全景視圖

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1、白皮書拼接多幅魚眼圖像，產生全景視圖本白皮書討論Altera和ManipalDotNet開發(fā)的創(chuàng)新體系結構，利用FPGA拼接多幅魚眼圖像，產生全景視圖。這一體系結構為駕駛員提供了車輛周圍的全景圖像，幫助他們更輕松的駕駛車輛。引言魚眼鏡頭具有超寬視角特性，性價比較高，在汽車成像系統(tǒng)中得到了越來越廣泛的應用。一種應用是呈現(xiàn)車輛周圍360°全景圖像，通過將魚眼鏡頭陣列采集到的多幅圖像拼接起來實現(xiàn)這一功能。這為駕駛員提供了車輛周圍的全景圖像，幫助他們更輕松的駕駛車輛。由于魚眼鏡頭(1)具有非常寬的視角，因此，

2、只需要很少的鏡頭就能夠產生全景視圖。但是，正面的半球景象被映射到平面上之后，魚眼圖像會產生嚴重的失真。由于存在這種失真，拼接多幅魚眼圖像是非常繁瑣的任務，涉及到進行大量的計算和圖像處理。一般而言，很難解決這一問題，因此，需要做一些近似和簡化假設才具有可行性。實際應用假設，景象中被拼接的目標距離鏡頭足夠遠，可以忽略立體差異。魚眼圖像產生全景視圖魚眼透鏡將遠景(廣角)圖像全部映射到非魚眼透鏡上，而不是部分映射，從而實現(xiàn)了非常寬的視場(FOV)。早期的工作(2)產生不同的魚眼映射(例如，線性投影映射)，開發(fā)

3、靈活的體系結構校正遠景魚眼圖像。魚眼映射導致的徑向失真是指圖像放大率隨光軸的距離而減小。視在效應也被稱為“桶形失真”，是指圖像(圖1所示)映射在球面上。結果，魚眼圖像未能保留廣角圖像最重要的特性，即，將場景中的直線映射為圖像中的直線(3)。圖1.魚眼圖像全景視圖的特點是具有非常大的水平FOV，通常用于產生360°場景，例如，城市輪廓等。魚眼圖像具有較大的FOV，非常適合產生全景視圖。然而，從魚眼圖像中產生全景視圖并不是簡單的校正圖像來獲得相應的遠景圖像。實際上，由于遠景映射，這類圖像的邊沿被拉伸，遠景

4、圖像并不是全景的。這種拉伸被稱為全景失真，距離主軸越遠，失真就越嚴重。因此，從遠景圖像中產生全景視圖需要將具有較小FOV(以降低遠景失真)WP-01107-1.02009年5月，1.0版1拼接多幅魚眼圖像，產生全景視圖Altera公司的幾幅遠景圖像沿水平軸拼接起來。產生全景視圖的一種方法是將魚眼圖像校正為遠景圖像，然后進行拼接。但是，由于遠景圖像本身具有較小的FOV，因此，這一解決方案不能發(fā)揮魚眼鏡頭的寬角特性優(yōu)勢。另一種解決方法是直接拼接魚眼圖像，產生遠景視圖。而這需要進行特殊的校正處理，不同于將魚

5、眼圖像校正為遠景圖像的方法。全景視圖的一些特性要求采用特殊的校正方法。雖然全景視圖有較大的水平FOV，其垂直FOV并不大。因此，為能夠產生全景視圖，校正魚眼圖像的方法應在水平方向有很小甚至沒有遠景失真，而在垂直方向有適度的遠景失真。采用下面的抽象方法可以獲得比較精確的公式。當光線進入針孔鏡頭，投射到半徑等于鏡頭焦距的球面上時，就會形成魚眼圖像。另一方面，當光線投射到與針孔的距離等于鏡頭焦距的平面上時，就會形成遠景圖像。為校正魚眼圖像，在水平方向消除遠景失真，那么，入射表面在垂直方向必須是環(huán)形的。由于在

6、垂直方向允許有一定的遠景失真，因此，入射表面在垂直方向可以是平面。垂直入射，并且半徑等于焦距的柱面入射表面能夠滿足這些要求。通過“解開”柱面(稱為合成表面)上形成的圖像，將其與其他魚眼鏡頭呈現(xiàn)的相似圖像拼接起來，可以獲得全景視圖。圖2.投射到柱面，產生全景圖像假設鏡頭主軸在z軸方向，水平和垂直方向分別對應x和y軸。光線進入鏡頭，與主軸夾角為θ，投射到xy平面，與x軸成?角，如圖2所示。通過針孔時，光線投射到柱面上，其半徑等于焦距f，光軸在y軸上。(xc,yc,zc)是入射光線打到柱面上時的坐標點。因此

7、，(xc,yc,zc)點與(f,θ,?)的關系如方程(1)、方程(2)和方程(3)所示。ftanθ?cosx=----------------------------------(1)c21+tanθfy=----------------------------------------------(2)c221t+anθcos?ftanθ?sinz=----------------------------------------------(3)c221+tanθcos?2Altera公司拼接多幅魚眼

8、圖像，產生全景視圖全景(未解開)圖像(xq,yq)相對于(xc,yc,zc)的坐標由方程(4)和方程(5)給出。–1??xc–1x==ftan-----ftan()tanθcos?(4)q??zcftanθ?siny=y=----------------------------------------------(5)qc221+tanθcos?假設鏡頭映射函數(shù)采用線性映射，魚眼圖像(xf,yf)相對于(xc,yc,zc)的坐標由方程(6)和方程(7)給