[發明專利]基于坐標變換的完整成像的圖像拼接方法

有效

• 申請號: 201410275226.2
• 申請日: 2014-06-19
• 公開（公告）號: CN104050650B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發明（設計）人: 劉凌云;羅敏;吳岳敏
• 申請（專利權）人: 湖北汽車工業學院
• 主分類號: G06T5/50
• 分類號: G06T5/50;G06T3/40;G06T7/00
• 代理公司: 深圳市嘉宏博知識產權代理事務所44273
• 代理人: 楊敏

技術領域

本發明涉及完整成像技術領域，尤其涉及一種基于坐標變換的完整成像的圖像拼接方法。

背景技術

目前視覺檢測技術在工業的各個領域都有著廣泛的應用，基于機器視覺的測量手段和方法也得到了快速的發展，但對幾何尺寸的視覺測量研究主要集中在對微小結構或尺寸較小零件，其主要原因在于目前CCD器件像素級相對測量精度僅在10^-3數量級，而視覺系統一次成像的成像區域與檢測分辨率之間成反比關系。對微小物體進行圖像測量時，由于視場較小，可相應提高圖像測量的分辨力來提高測量精度；而對于較大或細長類零件幾何尺寸的綜合檢測，一次成像獲得的完整圖像中由于分辨率不高從而導致檢測精度滿足不了實際應用要求。

依照化整為零、再集零為整的完整成像基本思想可以解決較大尺寸零件視覺測量中視場與圖像分辨率之間的矛盾，文獻1【何博俠,張志勝,徐孫浩等.大尺寸機械零件的機器視覺高精度測量方法。?中國機械工程,2009?20(1)】針對具有條形紋理表面的機械零件提出了基于紋理特征的序列圖像校準方法，但對具有光滑表面或者表面紋理無規則的檢測對象無能為力，其應用領域極其有限。

文獻2【劉凌云,羅敏等.基于圖像拼接的尺寸精密檢測算法研究,制造技術與機床,2012,11】中將圖像拼接技術應用到視覺測量中，采用已標定攝像機方式建立圖像投影模型，提出了基于位姿變換的圖像拼接算法實現圖像之間的精確配準，并通過變位機驅動攝像機精確變換位姿獲取圖像序列，實驗驗證該算法具有較高的拼接精度；但這種通過變位機驅動實現攝像機位姿變換的方法存在以下缺陷：1.由于相鄰兩次采像時刻攝像機位置和姿態均會改變，圖像拼接運算復雜化；2.?對于平面圖像拼接，攝像機采集圖像的景深隨著變位機旋轉角度的變化而改變，因而等精度拼接的視場較小；上述問題使得該方法的推廣應用存在一定的局限性。

在圖像拼接階段，文獻2提出了基于移位采像時攝像機相對位姿描述的序列圖像配準算法，其算法流程如下所示：

1）設前后兩次采像時攝像機坐標系位姿變換矩陣為?（其中i=1,2,3......;?j=i+1），則世界坐標系{W}相對于攝像機坐標系{C_j}的變換矩陣（即第j次投影變換的外參矩陣）可遞推計算得到：

???????????????????????????????????????(1)；

由外參矩陣、內參矩陣M₁相乘即可獲得第j次小孔成像對應的矩陣。

令，攝像機第j次采像時其光學中心（光軸與測量平面的交點）在世界坐標系{W}中的坐標()^T滿足關系式：

???????????????????????????????????????(2)；

2）取投影圖的像素分辨率為固定值R_ow×C_ol(單位：像素)，則第i、j次投影像進行無縫拼接的上交點在世界坐標系{W}中對應點A_i坐標滿足關系式：

??????????????????????????????????????(3)；

其中，δ為圖像分辨力，即圖像中單個像素沿行或列方向所代表的尺寸。

由此得到實際圖像投影變換時光學中心的遞推公式：

???????????????????????????????????????????(4)；

由遞推公式（1）～（4）得到第j次小孔成像的對應矩陣、光學中心后，再利用無畸變焦平面投影的數學模型（如公式5所示）在固定映射區域（R_ow/C_ol）內映射得到第j次投影圖像，則對第i、j次投影圖像無需裁剪、簡單對接即可實現圖像的無縫拼接。

????????(5)；

公式（5）中（k=1,2,3,4；n=1,2,3）為矩陣中對應元素。

但上述圖像拼接算法中由于投影圖的行、列取固定像素值R_ow/C_ol，攝像機的光學中心O可能偏離投影圖中心點較遠，甚至不在投影圖區域，即用來進行映射變換的部分采集圖像本身精度明顯較低。同時該拼接算法運算量較大，且存在遞推累積誤差，這無疑會影響最終測量精度。

發明內容

為了解決以上問題，本發明提供了一種構思簡單、合理，圖像拼接簡單、累積誤差小且精度高，能實現投影圖像的等精度拼接的基于坐標變換的完整成像的圖像拼接方法。