[發明專利]一種球面圖像索引方法及裝置

在審

• 申請號: 202011279655.9
• 申請日: 2020-11-16
• 公開（公告）號: CN112364190A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 施云惠;吳剛;尹寶才;王瑾
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G06F16/51
• 分類號: G06F16/51
• 代理公司: 北京市中聞律師事務所 11388
• 代理人: 馮夢洪

公開一種球面圖像索引方法及裝置，可以像平面圖像的二維索引一樣直接反映球面三角像元的在球面上的鄰域關系，提高訪問效率，方便上下采樣，能夠體現球面三角像元在原始球面上的鄰域關系，并且能夠像平面圖像那樣高效地索引三角像元，可以大大開發球面圖像的應用難度，潛在應用十分廣泛，幾乎可以用于所有球面圖像處理方法、工具的開發。該方法包括：剖分層次為0的球面三角形T₀ⁱ投影為平面上的直角三角形，8個最大的球面三角形在某點展開并投影成一個平面上的正方形；該排列的中心點為球面上球面坐標為(0°,0°)的點，四個頂點的球面坐標為(±180°,±90°)；令投影后的直角三角形的兩個直角邊與笛卡爾坐標系重合，則球面三角像元用笛卡爾坐標上的整數坐標直接進行索引。

技術領域

本發明涉及圖像處理的技術領域，尤其涉及一種球面圖像索引方法及裝置，該索引方法和裝置在球面四元三角層級剖分的基礎上對球面三角像元進行索引。

背景技術

球面圖像信號應用領域包括球面顯示、地球遙感以及360圖像/視頻處理等。在實際應用中，球面圖像通常被投影為一幅或多幅2D圖像來表達球面圖像。例如，常見的ERP格式的球面圖像將球面信號投影到一個圓柱體表面，然后采用一幅2D圖像表示球面圖像信號。投影的方法可以利用平面圖像的二維連續整數索引來高效地操作像素。其索引方式與數學中的矩陣完全一致，有利于開發基于矩陣的圖像處理工具。然而，基于平面的表達方法改變了球面數據原有的幾何特性，造成靠近球面兩極區域拉伸和過采樣，引入了較大的形變和冗余，破壞了球面信號的相關性，在很多應用中處理效果較差。這種情況主要是因為球面圖像定義在球面域，而球面是一個二維流形，一些傳統歐氏幾何的基本假設不能在其上成立，需要專門開發與平面圖像處理工具不同的工具和方法適應球面幾何特性。

為達到這一目標，通常可以利用球面四邊形、球面六邊形以及球面三角形格網等最常見的球面格網來直接對球面數據進行離散化表達。這些表達方式可以較好的保持球面數據原有的幾何特性及相關性，但是增大了數據索引難度，阻礙了球面圖像處理工具的開發。目前還沒有類似于平面表達方式的利于球面像元操作的索引體系。

在圖像處理領域，最近的一項研究利用了球面六邊形網格來表示球面信號并提取球面圖像的描述子。但是六邊形格網卻不可避免地存在一定數量的五邊形，它不是球面上的規格化結構，無法形成統一的索引地址系統。利用四邊形網格對球面圖像進行數字化表達的方法也是一種常用的球面圖像數字化表達方法。例如，HEALPix是基于四邊形的常用表達方法之一，被經常用在天文學、地理信息學等研究領域中。在圖像處理領域，已經建立球面四邊形格網索引體系的研究，但是該體系基于三維向量計算，同樣不能像平面圖像的索引那樣高效訪問數據并直觀反映像素間的鄰接關系。而且四邊形網格雖然面積相等但是形狀有較大差異，其規則程度不如球面三角形網格。QTM方法，即四元三角網格，可以對球面進行形狀、面積近似均勻的球面三角格網，生產球面均勻分布的像素點，可以將三角格網單元組織成四叉樹結構的森林。該格網模型滿足球面近似均勻分布，是一種較好的球面光柵模型，可以作為球面圖像數據的顯示、分析和采樣的技術基礎。目前在地理信息領域已存在利用這種結構建立的多種格網地址轉系統。但是這些地址系統都是可變維度的非連續地址，與二維圖像的地址差別較大，不利于圖像處理。

發明內容

為克服現有技術的缺陷，本發明要解決的技術問題是提供了一種球面圖像索引方法，其可以像平面圖像的二維索引一樣直接反映球面三角像元的在球面上的鄰域關系，提高訪問效率，方便上下采樣，能夠體現球面三角像元在原始球面上的鄰域關系，并且能夠像平面圖像那樣高效地索引三角像元，可以大大開發球面圖像的應用難度，潛在應用十分廣泛，幾乎可以用于所有球面圖像處理方法、工具的開發。