[發明專利]4路鉆孔孔壁視頻的柱面全景圖生成方法及裝置

有效

• 申請號: 201610323952.6
• 申請日: 2016-05-16
• 公開（公告）號: CN106023066B
• 公開（公告）日: 2017-10-03
• 發明（設計）人: 曹茂永;趙猛;滕升華;王毅
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G06T3/00
• 分類號: G06T3/00
• 代理公司: 北京雙收知識產權代理有限公司11241
• 代理人: 陳泉

1.一種4路鉆孔孔壁視頻的柱面全景圖生成方法，其特征在于包括如下步驟：

(1)選取四部攝像機，將四部攝像機連接成一體，構成攝像機組；在同一平面內背向同一中心點相互垂直放置，拍攝方向與鉆孔孔壁所在的圓柱面相互垂直；將攝像機組放入孔內；

(2)攝像機組沿孔壁縱向移動設定距離；

(3)鉆孔視頻攝像頭移動過程中某一時刻同時提取4張單個圖像文件；

(4)消除不同攝像機間的色差；

(5)分別將4張圖像通過柱面坐標變換公式轉化為孔壁信息的柱面投影圖；

(6)進行圖像配準；相鄰攝像頭間提取的圖像的柱面投影圖包含了相同的孔壁信息，根據圖像間的特征進行橫向拼接，就得到了某一時刻鉆孔孔壁的360度橫向拼接圖；

(7)保存橫向拼接圖像；

(8)判斷攝像機縱向移動是否完畢，攝像機縱向移動沒有完畢，返回步驟(2)，攝像機縱向移動完畢執行步驟(9)；

(9)相鄰圖像縱向拼接；

(10)得到鉆孔孔壁全景圖；

柱面投影變換的核心是投影變換公式中K為柱面投影空間，I表示原始圖像，I`是柱面投影圖像，坐標原點O選為圓柱中心；

假定圖像中心點就是光軸與圖像平面的交點，現在要得到O點觀察到的原始圖像I，在柱面投影空間K上的柱面投影圖像I`；

設柱面半徑為r，投影角為θ，圖像寬度為W，圖像高度為H，得到柱面圖像的寬度為2rsin(θ/2)，高度仍為H；

圖像的像素坐標均以圖像平面中的最左上角像素為坐標原點；

對原始圖像I上的任意一點P(x，y)，在柱面投影圖像I`上的對應點為P`(x`，y`)，對點P沿x-z平面和y-z的橫截面，可得柱面投影變換公式：

x`＝r*sin(θ/2)+r*sin(arctan(x-W/2)/r)

y`＝H/2+r*(y-H/2)/k

其中：k＝sqrt(r*r+(W/2-x)(W/2-x))

r＝W/(2tan(θ/2)),

原始圖像I經過柱面投影正變換得到柱面投影圖像I`，I`可以用于圖像間的配準和拼接；

圖像配準包含兩個方面：投影到柱面后，同一時刻對相鄰方向上視頻柱面投影圖像進行配準；投影到柱面后，同一攝像機相鄰時刻的視頻幀間柱面投影圖像進行配準；

圖像灰度特征的圖像配準方法，具體步驟如下：

(1)圖像灰度投影法：首先將某部攝像機某一時刻的二維圖像分別沿著X、Y軸做灰度投影，對應的投影曲線稱為灰度投影特征曲線；

(2)對連續兩幀圖像或同一時刻相鄰方向上的投影圖像分別作灰度投影，得到兩幅圖像的灰度投影特征曲線，分析兩條特征曲線間的相關性，即可得出兩幅圖像間的X、Y方向的位移量。

2.根據權利要求1所述的4路鉆孔孔壁視頻的柱面全景圖生成方法，其特征在于：所述攝像機視角寬度大于90度。

3.根據權利要求1所述的4路鉆孔孔壁視頻的柱面全景圖生成方法，其特征在于：所述四部攝像機的焦距相同。

4.根據權利要求1所述的4路鉆孔孔壁視頻的柱面全景圖生成方法，其特征在于：4張圖像進行幾何校正、圖像顏色校正，消除不同攝像機間的色差。

5.一種根據權利要求1-4其中任意一項所述的4路鉆孔孔壁視頻的柱面全景圖生成方法的4路鉆孔孔壁視頻的柱面全景圖生成裝置，其特征在于：包括四路視頻輸入裝置、圖像預處理裝置、柱面投影裝置、圖像配準裝置以及圖像拼接融合裝置。

6.根據權利要求5所述的4路鉆孔孔壁視頻的柱面全景圖生成裝置，其特征在于：所述圖像預處理裝置包括圖像幾何校正裝置、圖像顏色校正裝置。