基于特征点的全景图生成技术的研究

论文摘要

全景图生成技术是一种基于图像绘制技术生成真实感图像的虚拟现实技术,是近年来虚拟现实重要的研究方向之一。全景图拼接是将多幅由普通相机或摄像机获得的真实场景的局部图像通过图像配准技术和融合算法拼接成一幅宽视角的平滑图像。由于全景图拓宽了人的视角范围,在科学研究和工程项目中具有很强的实用性,广泛应用于卫星照片的处理、医学图像处理、虚拟场景的展示等领域。本文研究了国内外全景图生成算法,阐述了全景图生成的关键技术和研究现状。从全景图拼接的核心技术,图像配准技术和图像融合算法,介绍全景图生成相关技术,总结普通相机获取实景图像的方法,分析图像拼接基准表面的选取、插值、透视变换矩阵的线性和非线性求解方法。通过对现有算法的分析,针对相机拍摄实景图像的拼接特点,本文实现了一个自动全景图拼接算法。考虑到图像拼接的配准精度和速度、融合后图像质量、鲁棒性等多方面问题,提出了改进的算法思想为:对获取的多幅图像进行预处理,并提取每幅图像的Harris特征点;通过缩小搜索区域进行特征点局部配准,过滤掉互相关测度产生的度量误差;通过RANSAC提纯算法剔除特征算子产生的分类误差;用基于坐标距离误差函数的LM非线性求解算法递归优化8参数变换矩阵;利用渐进渐出的方法进行图像间的融合并以柱面投影作为其统一的视平面空间。实验证明该算法能够获得效果理想的全景图像。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 基于图像的绘制及全景图像拼接的研究背景及意义
• 1.2 全景图拼接技术的研究现状
• 1.3 论文的主要研究内容和论文的组织结构
• 1.3.1 论文的主要研究内容
• 1.3.2 论文的组织结构
• 第二章 全景图生成方法
• 2.1 拼接基准表面
• 2.2 图像配准
• 2.2.1 基于灰度的配准
• 2.2.2 基于特征的配准
• 2.3 图像融合的算法
• 2.3.1 取平均值法
• 2.3.2 渐进渐出算法
• 2.3.3 加权函数算法
• 2.3.4 多分辨率样条算法
• 2.3.5 寻找最佳缝合线算法
• 第三章 实景图像的柱面投影
• 3.1 相机标定与变换模型
• 3.1.1 针孔成像模型及相机标定
• 3.1.2 图像间的变换模型
• 3.2 拍摄方法及原则
• 3.3 摄像机焦距估计
• 3.4 柱面投影变换
• 3.5 实验结果
• 第四章 全景图像的配准及融合
• 4.1 彩色图像灰度化
• 4.2 HARRIS特征点提取算子
• 4.3 互相关测度的局部粗配准
• 4.4 RANSAC提纯算法
• 4.5 LEVENBERG-MARQUARD（LM）优化参数模型算法
• 4.6 图像融合
• 第五章 全景图像的自动拼接及实验结果
• 5.1 实验环境与实现功能
• 5.1.1 实验环境
• 5.1.2 实现功能
• 5.1.3 算法结构框图
• 5.2 实验结果
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文的工作总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间录用发表论文情况