全景圖像拼接方法研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、全景圖像拼接理論、技術(shù)和方法是當(dāng)前圖像處理領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)，主要解決因成像設(shè)備的視角限制，不能直接拍攝到360度全視場(chǎng)圖像的問(wèn)題。該項(xiàng)研究的進(jìn)展對(duì)推動(dòng)大地測(cè)繪、醫(yī)學(xué)影像合成、軍用全景成像作戰(zhàn)支持系統(tǒng)，以及民用全景相機(jī)等技術(shù)的提升具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和明顯的工程應(yīng)用前景。
　　本文以單相機(jī)和多相機(jī)的環(huán)形運(yùn)動(dòng)獲取的圖像作為研究對(duì)象，深入研究了基于特征的全景圖像拼接技術(shù)的理論和方法，針對(duì)當(dāng)前全景圖像拼接問(wèn)題提出了一系列完整的解決方案

2、，并對(duì)全景圖像拼接所涉及的圖像預(yù)處理、圖像配準(zhǔn)、圖像定位、捆綁調(diào)整、圖像測(cè)光優(yōu)化、過(guò)渡區(qū)融合、全景投影輸出等七個(gè)關(guān)鍵處理過(guò)程給出了詳細(xì)的原理剖析和具體實(shí)現(xiàn)算法，最后通過(guò)C++語(yǔ)言設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了全景圖像拼接系統(tǒng)。
　　在圖像預(yù)處理中，本文針對(duì)原始圖像存在徑向失真問(wèn)題，對(duì)所用成像設(shè)備用張正友法標(biāo)定來(lái)獲取所需的相機(jī)內(nèi)參數(shù);以多項(xiàng)式法逼近成像設(shè)備的徑向失真，用非線性迭代估計(jì)多項(xiàng)式系數(shù)來(lái)獲取最優(yōu)失真參數(shù);然后再利用相機(jī)內(nèi)參數(shù)和失真參數(shù)對(duì)原始圖

3、像進(jìn)行校正，來(lái)獲取無(wú)失真圖像的方法，有效地解決了成像設(shè)備標(biāo)定和圖像徑向失真校正的問(wèn)題。
　　在圖像配準(zhǔn)中，本文針對(duì)不同成像設(shè)備、不同時(shí)間、不同視角獲取的同一場(chǎng)景的多幅圖像的匹配問(wèn)題，圍繞著基于特征的配準(zhǔn)方案開展了深入的研究。首先引用圖像不變矩改進(jìn)了SIFT特征提取方法，并用之獲取了圖像的特征;然后利用BestBinFirst(BBF)搜索法獲得初匹配集合，并給出了改進(jìn)RANSAC算法和用之提純初匹配集合;最后利用全相機(jī)運(yùn)動(dòng)投影變換

4、模型和提純后的匹配集合計(jì)算圖像間的變換矩陣，完成圖像配準(zhǔn)。
　　針對(duì)圖像級(jí)聯(lián)變換帶來(lái)的累積誤差和所有圖像投影（拼接）在全景圖上的失真變形問(wèn)題，本文以Levenberg-Marquardt(L-M)算法進(jìn)行捆綁調(diào)整，有效地消除了圖像級(jí)聯(lián)累積誤差和投影到全景圖的失真變形。
　　針對(duì)不同圖像間測(cè)光參數(shù)不同，帶來(lái)的拼接后全景圖整體亮度和顏色不均勻、不自然的問(wèn)題，本文給出了新的測(cè)光調(diào)整技術(shù)，對(duì)全部圖像間的整體亮度和顏色差異進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整

5、，達(dá)到了良好的圖像測(cè)光調(diào)整效果。
　　圖像融合主要用于解決因圖像拼接部分的局部亮度差異造成的“拼接縫”和圖像配準(zhǔn)與捆綁調(diào)整誤差帶來(lái)的“鬼影”問(wèn)題。文中，首先利用基于距離變換的方法找到最優(yōu)縫合線，然后以小波多分辨率分析技術(shù)結(jié)合cos(x)平滑函數(shù)給出了新的多分辨率過(guò)渡區(qū)融合方法，取得了更好的消除拼接痕跡效果。
　　針對(duì)當(dāng)前全景圖格式單一，不能滿足多領(lǐng)域需求的問(wèn)題，文中討論了6種常用投影方法，并給出了將全景圖像以這6種常用投影格

6、式進(jìn)行輸出的算法。
　　最后綜合本文給出的改進(jìn)全景圖像拼接方法，使用C++語(yǔ)言，研究開發(fā)了全景圖像拼接系統(tǒng)(automaticpanoramicimagemosaicsystem-APIMS)。該系統(tǒng)具有把以小視角相機(jī)獲取的帶有重疊區(qū)域的圖像拼接成為360°視角的高質(zhì)量全景圖的能力。通過(guò)三組不同獲取圖像方法的實(shí)驗(yàn)表明，APIMS可實(shí)現(xiàn)通用性很強(qiáng)的高質(zhì)量全景圖像拼接，從而驗(yàn)證了本文給出的全景圖像拼接方法的正確性和有效性。此外，本文還