全景图像生成算法的研究与实现.pdf

计算机工程
第29卷第6期2003年4月
Vol.28№6ComputerEngineeringApril2003

·软件技术与数据库·文章编号：1000—3428(2003)06—0095—02文献标识码：A中图分类号：TP312
全景图像生成算法的研究与实现
张辉，崔杜武
(西安理工大学，西安710048)
摘要：针对虚拟现实中的柱面全景图生成问题提出了一种简单实用的算法。该算法通过对图像重叠部分的相交特征线段进行提取和匹配来
实现相邻图像的拼接。在此基础上编制了全景图生成工具VR-Maker,并取得了良好的实验结果。
关键词：虚拟现实；柱面全景图；图像拼接
StudyandImplementationofAlgorithminCreatingPanoramicImage
ZHANGHui，CUIDuwu
(Xi'anUniversityofTechnology，Xi'an710048)
【】AbstractInthepaper,abriefpracticalarithmeticofcreatingcylindricalpanoramicimageinvirtualrealityisbroughtout.Itcompletesthe
adjacentimagemosaicwithtakingandmatchingthecrossingfeaturedlineintheoverlaprangeofimages.Onthebasisofthearithmetic,acreating
panoramicimagetoolnamedVR-Makeisprogrammed.Thetoolobtainesgoodexperimentresult.
【】KeywordsVirtualreality;Cylindricalpanoramicimage;Imagemosaics

1概述图1I是柱面投影示意图，其中是相机拍摄的一张场景图
基于图像的虚拟现实技术是目前虚拟现实研究中最为活像，Q是场景图像I上的任意一个像素点(输入像素，)P是点
跃的研究课题之一，因而作为它的基础问题之一的全景图生Q在圆柱面上的投影点()输出像素。投影时采用向后映射算
成问题也就成为了一个重要的研究方向，其中柱面全景图的法，即把圆柱面像素P映射回到平面图像I中，从而求出在QI
生成问题颇具代表性。中的坐标。
柱面全景图的生成是通过将多幅场景图像进行拼接来实
现的。拼接的困难之处在于如何保证生成图像的几何正确性
和颜色协调性[4]，前者是因为相机的透射变换改变了空间点
的关系，后者则是因为拍摄条件()如曝光时间等不能保证严
格一致，造成照片之间存在亮度、色度等差别。Chen所用
的拼接算法比较简单，但拍摄条件很苛刻，要求拍摄参数严
格保持一致[1]。Szeliski的基于运动的方法[2]、和PelegHerman
的多重投影镶嵌法等，是直接从图像重叠区域中的对应像素
灰度值出发考虑问题，虽放宽了拍摄原始图像的条件，但由图2柱面投影俯视图和侧视图
于在算法中存在大量对像素灰度数据的计算，因此存在计算图2P为平面向柱面投影的俯视图和侧视图。假设点在
量太大的缺点。鉴于以上问题，本文设计了一种简单实用的柱面上的坐标为(x,y)，Q点在平面I上的坐标为(x,y)。把圆柱
算法。该算法用特征线段拼和代替了传统算法中对像素灰度的中心Of设为照相机坐标系的原点，并以相机的像素焦距
数据的大量直接计算，提高了图像拼接速度，同时放宽了拍作为圆柱面的半径。为了提高运算效率，可把柱面展开图的
摄原始图像的条件，实验表明其拼接效果较理想。中心和相片的中心作为各自的原点，这样根据对称关系，由
2全景图生成第一像限像素坐标可知其它像限像素坐标。根据几何关系，
本文介绍的全景图生成算法主要由柱面投影、图像匹可由第一像限PQ点坐标求得第一像限点的坐标为：
配、平滑处理3部分组成。x'=f*tan(x/f)
2.1柱面投影y'=y/cos(x/f)
由于从相机获得的相片是场景透视投影到胶片平面上得到像素点的对应关系后，对相片I的各像素灰度值进
的，而全景图表现的是场景的柱面投影，因此在进行图像拼行插值，即可得到柱面各像素的灰度值。为了减小误差，在
接之前，应该先将平面投影转化为柱面投影[5]。插值时采用了双线形插值法。
2.2图像匹配
Y对场景图像进行柱面投影后，接着就要进行图像匹配
的工作，以确定相邻两图像的拼接位置。一般情况下，相邻
[3]
IQ两图像间的重叠范围大约在到30%50%之间，为了减少不
P
O必要的计算，在确定相交特征线段之前可先对相交特征线段
Z
X
作者简介：张辉(1973－)，男，硕士生，主攻方向为虚拟现实；
图1柱面投影示意图
崔杜武，博导
收稿日期：2002-04-1