[發(fā)明專(zhuān)利]一種魚(yú)眼圖像拼接中魚(yú)眼鏡頭垂直映射圖像幾何校正方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310176910.0
• 申請(qǐng)日: 2013-05-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103295231A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊志軍;王晨希;徐向華
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 杭州海康希牧智能科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G06T7/00
• 分類(lèi)號(hào): G06T7/00
• 代理公司: 杭州求是專(zhuān)利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于圖像數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種圖像拼接方法，具體涉及一種應(yīng)用于車(chē)載的多個(gè)攝像頭近距離拍攝周?chē)鷪?chǎng)景的魚(yú)眼圖像拼接中的魚(yú)眼鏡頭垂直映射圖像幾何校正方法。?

背景技術(shù)

隨著攝影技術(shù)的廣泛應(yīng)用，全景視覺(jué)感知技術(shù)成為民用、軍事還有宇航空間領(lǐng)域中的依賴(lài)與視覺(jué)信息做出決策的行業(yè)的熱門(mén)研究方向。目前全景視覺(jué)感知技術(shù)主要是利用反射鏡和魚(yú)眼鏡頭兩種方法。魚(yú)眼鏡頭是一種焦距極短并且視角接近或等于180°的鏡頭。它是一種極端的廣角鏡頭，俗稱(chēng)“魚(yú)眼鏡頭”。為使鏡頭達(dá)到最大的攝影視角，這種攝影鏡頭的前鏡片直徑且呈拋物狀向鏡頭前部凸出，與魚(yú)的眼睛頗為相似，“魚(yú)眼鏡頭”因此而得名。魚(yú)眼鏡頭屬于超廣角鏡頭中的一種特殊鏡頭，它的視角力求達(dá)到或超出人眼所能看到的范圍。因此，魚(yú)眼鏡頭與人們眼中的真實(shí)世界的景象存在很大的差別。我們?cè)趯?shí)際生活中看見(jiàn)的景物是有規(guī)則的固定形態(tài)，而通過(guò)魚(yú)眼鏡頭產(chǎn)生的畫(huà)面效果則超出了這一范疇。?

眾所周知，焦距越短，視角越大，因光學(xué)原理產(chǎn)生的變形也就越強(qiáng)烈。為了達(dá)到180度的超大視角，魚(yú)眼鏡頭的設(shè)計(jì)者不得不作出犧牲，即允許這種變形（桶形畸變）的合理存在。其結(jié)果是除了畫(huà)面中心的景物保持不變，其他本應(yīng)水平或垂直的景物都發(fā)生了相應(yīng)的變化。?

由于魚(yú)眼鏡頭具有視場(chǎng)大的特點(diǎn)，一幀圖像包含的信息就非常豐富，因此，在氣象觀測(cè)、攝影、球幕電影院、腸胃及呼吸道內(nèi)窺攝像、國(guó)防現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)等方面有廣泛的應(yīng)用。但是，在實(shí)際操作中，魚(yú)眼圖像被映射到平面上時(shí)，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的失真。目前的失真校正處理，大多是針對(duì)單幅魚(yú)眼圖像進(jìn)行的，處理時(shí)沒(méi)有考慮多幅圖像拼接時(shí)，攝像頭拍攝景物的角度問(wèn)題。由于是多個(gè)車(chē)載攝像頭，因此，每幅魚(yú)眼圖像的光心、焦距、角度等都有不同的變化。若只是單一的將其中兩幅魚(yú)眼圖像直接采用失真校正處理后得到的透視平面圖像做圖像拼接，則原本垂直的線(xiàn)條依然存在不同角度的傾斜，重疊區(qū)域的圖像效果不能完全重合，對(duì)全景拼接圖的質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重影響。?

魚(yú)眼鏡頭具有超寬視角特性，只需要很少的鏡頭就能夠產(chǎn)生全景視圖。魚(yú)眼攝像頭往往覆蓋的角度近似于180度的整個(gè)半球，魚(yú)眼鏡頭成像是將正面的半球景象映射到平面上。透視映射無(wú)法將半球區(qū)域映射到一個(gè)有限的圖像平面中。因此魚(yú)眼圖像會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的徑向失真，圖像的邊沿被嚴(yán)重拉伸，造成比較夸張地形變，影響拼接效果。基于魚(yú)眼鏡頭固有的投影原理，常用于廣角圖像矯正的圖像針孔模型對(duì)于魚(yú)眼鏡頭的矯正并不理想。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中多幅魚(yú)眼圖像拼接后校正中存在的問(wèn)題，提供一種魚(yú)眼圖像拼接中魚(yú)眼鏡頭垂直映射圖像幾何校正方法。?

本發(fā)明方法公開(kāi)了一種應(yīng)用于呈現(xiàn)汽車(chē)周?chē)?60度全景圖像的魚(yú)眼鏡頭拼接的鏡頭垂直映射圖像的幾何校正方法。該方法通過(guò)四個(gè)車(chē)載魚(yú)眼鏡頭分別獲取車(chē)身四個(gè)方向的近距離場(chǎng)景，通過(guò)圖像映射、俯仰角估計(jì)，將四個(gè)魚(yú)眼鏡頭的圖像統(tǒng)一到地面坐標(biāo)系上，并通過(guò)幾何校正為視覺(jué)一致的第三視角垂直俯視圖。?

本發(fā)明方法包括以下步驟：?

步驟(1).將分別朝向四個(gè)方向的四個(gè)魚(yú)眼鏡頭獲取的四個(gè)魚(yú)眼圖像?、、、根據(jù)魚(yú)眼鏡頭成像過(guò)程的逆過(guò)程映射為透視平面圖像、、、。

魚(yú)眼鏡頭成像過(guò)程的逆過(guò)程映射方法為成熟的現(xiàn)有技術(shù)。?

步驟(2).采用尺度不變特征變換算法，分別求出相鄰?fù)敢暺矫鎴D像和中的重疊區(qū)域內(nèi)相匹配的像素點(diǎn)，得到透視平面圖像和對(duì)應(yīng)的重疊區(qū)域透視平面圖像和。?

尺度不變特征變換算法采用成熟的現(xiàn)有方法，如sift算法。?

步驟(3).按獲取魚(yú)眼圖像的魚(yú)眼鏡頭的預(yù)設(shè)俯仰角度，找到對(duì)應(yīng)的重疊區(qū)域透視平面圖像中的每個(gè)像素點(diǎn)(,)在球面坐標(biāo)上對(duì)應(yīng)的映射像素點(diǎn)(、、)，對(duì)映射像素點(diǎn)(、、)進(jìn)行俯仰變換映射處理，得到對(duì)應(yīng)的修正像素點(diǎn)(、、)，這些修正像素點(diǎn)即構(gòu)成地面坐標(biāo)球面圖像，俯仰變換映射處理的公式為?

；

所述的俯仰角度為魚(yú)眼鏡頭安裝的預(yù)設(shè)角度，是相對(duì)于水平方向向下的偏差角度；

按獲取魚(yú)眼圖像的魚(yú)眼鏡頭的預(yù)設(shè)俯仰角度，按上述方法處理透視平面圖像，得到地面坐標(biāo)球面圖像；

步驟(4).對(duì)地面坐標(biāo)球面圖像中的修正像素點(diǎn)(、、)進(jìn)行失真校正映射，得到透視平面上的角度修正像素點(diǎn)(,)，構(gòu)成修正地面坐標(biāo)平面圖像，失真校正映射即將球面坐標(biāo)映射到平面坐標(biāo)；

按上述方法處理地面坐標(biāo)球面圖像，得到修正地面坐標(biāo)平面圖像；

在修正地面坐標(biāo)平面圖像和中，任意選取兩對(duì)匹配像素點(diǎn)，計(jì)算拼接夾角：