[發明專利]基于改進徑向畸變校正的球狀全景拼接方法

在審

• 申請號: 201710192145.X
• 申請日: 2017-03-28
• 公開（公告）號: CN107424118A
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發明（設計）人: 操曉春;鄭繼龍;李京知;何軍林;李雪威
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06T3/40
• 分類號: G06T3/40;G06T5/00;G06T7/80
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 劉國威

技術領域

本發明屬于計算機視覺領域，針對廣域持久監控應用需求發明一種基于改進徑向畸變校正的球狀全景拼接技術。

背景技術

隨著社會的飛速發展，市場對視頻監控的需求量快速增加。在視頻監控中，廣域持久監控是重要的組成部分，在軍隊、公安和交通等重要部門起到了重要作用。廣域持久監控要求攝像頭拍攝范圍大，分辨率高。傳統單一攝像頭分辨率有限，且攝像頭廣角較小，難以監控較大區域；魚眼型鏡頭雖然可以實現全景監控，但是鏡頭畸變過大，導致監控對象成像較差，為后續的視頻分析造成了很大困難。因此，單攝像頭和魚眼鏡頭都難以滿足廣域持久監控要求。

發明內容

為克服現有技術的不足，針對傳統攝像頭因分辨率低、監控范圍小，畸變較大而無法滿足廣域持久監控需求的缺陷，提出一種基于改進徑向畸變校正的球狀全景拼接技術。本發明采用的技術方案是，基于改進徑向畸變校正的球狀全景拼接方法,通過改進徑向畸變校正消除普通畸變校正造成的圖像損失，然后通過球狀拼接算法完成全景拼接，最后基于加權平均法和光均衡融合算法消除重復區域干擾及不同攝像頭的光線差異，實現高分辨率以及廣域拍攝。

一個實例中進一步地具體步驟是，

(1)離線相機標定步驟：利用光學黑白格相機標定板對8個攝像頭分別進行標定，獲取每一個光心位置、焦距、像素長寬比、畸變系數和視場角參數；

(2)視頻采集模塊：視頻采集模塊基于鏡頭和傳感器模組實現多路高分辨率圖像同步采集及多路高分辨率視頻實時解碼；

(3)基于改進徑向畸變校正步驟：本模塊基于每個相機的標定參數實現圖像畸變校正，傳統徑向畸變校正算法公式如式(1)所示。

u＝u^s+(u^s-u₀)[k₁(x²+y²)+k₂(x²+y²)²]

v＝v^s+(v^s-v₀)[k₁(x²+y²)+k₂(x²+y²)²] 式(1)

其中，(u,v)代表矯正畸變后的像素坐標，(x^s,v^s)代表實際徑向畸變的情況下圖像的像素坐標，(u₀,v₀)代表離線相機標定獲得的相機主點坐標，k₁，k₂代表相機前兩階畸變參數，(x,y)代表理想無畸變時的連續圖像坐標，采用改進徑向畸變校正模塊，公式如式(2)所示：

u＝u^s+(u^s-u₀*d)[k₁(x²+y²)+k₂(x²+y²)²]

v＝v^s+(v^s-v₀*d)[k₁(x²+y²)+k₂(x²+y²)²] 式(2)

具體實施方式如下：

首先，基于尺度因子建立新的圖像矩陣，新建立的圖像矩陣除左上角四分之一面積為源圖像像素值，其他范圍為全零矩陣，新圖像長寬為原始圖像的2倍；然后將待校正圖像平移至新圖像中心區域，然后進行圖像徑向畸變校正，校正完畢后獲取圖像中的角點像素位置，提取矩形區域作為校正后的圖像，零像素區域通過重疊區域融合模塊去除，最終實現在無邊緣損失的情況下的圖像校正功能；

(4)全景拼接模塊：本模塊將矯正后的圖像通過已知拍攝信息，來確定多幅圖像的匹配連接集，將矯正后圖像進行形變、投影，在投影的過程中,各攝像機的局部圖像將投影到一個統一的球面上，使得圖像具有一定的深度感，在視點變化時能夠部分地反映整個視點空間，給觀測者較為強烈的三維沉浸感，使用球面坐標系進行拼接時,也即是將每個圖像點變換為球面上一點，映射公式如式(3)所示，