[發明專利]DSP上用查表法進行折反射全景展開的Cache包圍盒加速方法

有效

• 申請號: 200810030836.0
• 申請日: 2008-03-18
• 公開（公告）號: CN101261726A
• 公開（公告）日: 2008-09-10
• 發明（設計）人: 張茂軍;熊志輝;王煒;程鋼;包衛東;譚樹人;徐瑋;李樂
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G06T1/00
• 分類號: G06T1/00;G06T11/00
• 代理公司: 國防科技大學專利服務中心
• 代理人: 郭敏

技術領域：

本發明涉及折反射全景圖像的展開方法，尤其是在數字信號處理器(DigitalSignal?Processor，DSP)上用查表法進行折反射全景圖像展開的加速方法。

背景技術：

折反射全景成像方法利用凸曲面反射鏡(如拋物面、雙曲面、圓錐面等)把來自360度范圍內物體的光線反射到成像傳感器，得到原始的圖像。與傳統的光學成像方法相比，折反射全景成像方法能反映視點周圍的全方位場景，具有視場范圍大、視頻圖像沉浸感和立體感強等優點。因此，該方法在機器人視覺導航、全方位視頻監控、三維空間漫游與虛擬場景繪制等領域應用越來越廣泛，已成為計算機視覺、機器人和虛擬現實等領域的研究熱點。張茂軍等在專利號為ZL?200520050779.4的專利“二次凸曲面反射成像的實景空間構造裝置”中詳細描述了獲取折反射全景圖像的方法及其裝置，但該方法在DSP等嵌入式系統上進行折反射全景展開的速度較慢，限制了折反射全景成像方法向便攜、嵌入式應用方向的發展。

折反射全景成像裝置所獲取的原始全景圖像存在同心圓環狀變形，必須進行展開，才能得到符合人眼視覺習慣的柱面投影圖像。為了論述方便，把折反射全景成像裝置獲取的原始的、存在同心圓環狀變形的圖像稱為全向圖像(Omni-directional?Image)；把展開后的符合人眼視覺習慣的柱面投影圖像稱為全景圖像(Panorama?Image)；把從全向圖像展開為全景圖像這一過程稱為折反射全景展開(Panorama?Unrolling；簡稱為全景展開)。

由于折反射全景成像方法原始獲取的是全向圖像，此時還沒有相應的全景圖像。在全景展開前，首先建立一幅“空白”全景圖像，這樣，全景展開的過程實際上就是為“空白”全景圖像的每個像素點在全向圖像中找到對應的像素點并進行“顏色填充”的過程。為了論述方便，把全景展開前建立的“空白”全景圖像，以及該“空白”全景圖像尚未完全填充時的圖像稱為待填充全景圖像。

熊志輝等在2007年第10期《小型微型計算機系統》上發表的“八向對稱重用策略降低全景圖像查表展開法查找表空間”一文中，將國際上進行全景展開的方法歸納為三類，即：光路跟蹤坐標映射法、同心圓環近似展開法和查表法。其中，光路跟蹤坐標映射法通過跟蹤并分析光線傳播軌跡來完成從全向圖像到全景圖像的展開，具有較高的展開精度和較小圖像變形，但運算量大；同心圓環近似展開法把展開前的全向圖像看作由一系列同心圓環組成，通過“拉直”每個同心圓環來完成從全向圖像到全景圖像的展開，該方法計算量相對較小，但展開后的全景圖像存在較大變形。

查表法首先精確計算展開前的全向圖像和展開后的全景圖像之間的像素坐標映射關系，并保存到一個查找表中，查找表和全向圖像均存儲在片外存儲器中；然后，在進行全景展開時，對于待填充全景圖像中的每個像素點P，通過查找表找到P在全向圖像中的對應像素點Q，并把點Q的顏色值復制給點P，作為像素點P的顏色值，這樣就完成了對像素點P的“顏色填充”。最后，當待填充全景圖像中的所有像素點都完成“顏色填充”后，即結束全景展開過程，而此時待填充全景圖像也相應地成為了全景圖像。由于查表法進行全景展開避免了進行復雜運算所需的時間，因此該方法既具有較高的精度，又具有較快的速度。

為了使折反射全景成像方法向便攜、嵌入式應用方向發展，可以在DSP等嵌入式系統上用查表法實現全景展開。然而，DSP中高速緩存Cache的容量有限，以美國德州儀器公司TMS320VC5501型號的DSP為例，其高速緩存Cache容量只有32KB。而在全景展開時，待填充全景圖像中的一行像素對應于全向圖像中一個“圓環”上的像素，這些像素點之間不是線性相鄰的映射關系，導致DSP的高速緩存Cache中所暫存的全向圖像數據經常失效，使得DSP需要反復從速度較慢的片外存儲器(例如SDRAM)中讀取全向圖像的數據，嚴重影響了在DSP上進行全景展開的速度。

技術方案：本發明要解決的技術問題是在DSP上用查表法進行全景展開時全向圖像數據在高速緩存Cache中經常失效、全景展開速度較慢的問題。