柱面全景图生成技术的研究与实现

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36卷 第9期

ol.36 No.9 2010年5月

Ma 柱面全景图生成技术的研究与实现

彭红星1，宋鸿陟1，邹湘军2，徐东风1

(1. 华南农业大学信息学院人机交互研究中心，广州 510642；2. 华南农业大学工程学院，广州 510642)

摘 要：在全景图像理论的基础上，对现有的柱面全景图生成技术进行研究和实现。在柱面投影方面，采用基于平面图的柱面正投影和反投影算法。在传统的序列相似性检测算法的基础上，采用一种自适应阈值序列相似性检测算法对图像进行拼接。在与最邻近插值算法进行比较的基础上，使用双线性插值算法进行图像的融合。实验结果表明，生成的全景图视觉效果较好。 关键词：全景图；柱面投影；自适应阈值；序列相似性检测算法；双线性插值

Research and Implementation of Cylindrical Panorama

Generation Technology

PENG Hong-xing 1, SONG Hong-zhi 1, ZOU Xiang-jun 2, XU Dong-feng 1

(1. Research Center for Human Computer Interaction, College of Informatics, South China Agricultural University, Guangzhou 510642;

2. College of Engineering, South China Agricultural University, Guangzhou 510642)

【Abstract 】Based on the theory of panoramic image, the cylindrical panorama generation technology is studied and implemented. The cylindrical orthogonal projection and back projection algorithm based on horizontal plan is used. An adapted threshold Sequential Similarity Detection Algorithm(SSDA) is used to match images based on traditional sequential similarity detection algorithms. The bilinear interpolation algorithm is used to merge images after comparing with the nearest interpolation algorithm. Experimental results show that, the generated panorama obtains good visual effect after these series of steps.

【Key words 】panorama; cylindrical projection; adapted threshold; Sequential Similarity Detection Algorithm(SSDA); bilinear interpolation

计 算 机 工 程 Computer Engineering 第V y 2010

像处理· 文章编号：1000—3428(2010)09—0208—04

文献标识码：A

中图分类号：TP391.9

·图形图1 概述

全景图是近年来兴起的基于图像绘制技术中的重要研究方向，其在虚拟环境、计算机视觉以及多媒体领域得到了广泛应用[1-2]。柱面全景图生成技术主要包括柱面投影、图像拼接、图像融合3部分内容[3]。本文对这3部分内容分别进行了研究并实现。

2 基于平面图的柱面正投影和反投影算法

柱面全景图的正投影是指将平面照片投影到柱面形成全景图的过程；反投影是将柱面全景图在某个特定的观察区域投影到柱面的切平面上供屏幕显示的过程[4]。

2.1 传统的柱面正投影和柱面反投影

将数码相机拍摄的初始图像序列正投影至标准圆柱面上。设I 是数码相机拍摄的一张实景图像，P (x , y )是实景图像I 上的任意一个像素点，则像素点P (x , y )柱面正投影到柱面全景图像上的坐标Q (x ’, y ’)的公式为[5-6]

2

'arctg arctg 2'2

W x W x f f f f H f y H

y ⎧⎛

⎞

−⎪⎜⎟⎛⎞=⋅+⋅⎪⎜

⎟⎜⎟

⎝⎠⎪⎜⎟⎜⎟

⎪⎝

⎠⎪⎨⎛

⎞⋅−⎪⎜⎟

⎪=⎪⎪⎪⎩

(1) 由正投影方法的公式可得到柱面全景图上任意一个像素

点Q (x ’, y ’)与视线方向θ处反投影图像上对应点P (x , y )的函数关系： 'arctg()2tg()2(')

22'arctg()2cos(

)W x f W f

x f f H f y H y W x f f

f θθ⎧

−⋅⎪⎪=−⋅−+

⎪

⎪⎪⎨⋅−⎪=−+

⎪−⋅⎪⎪−⎪⎩

(2) 2.2 柱面正投影和反投影算法

以上这种算法是常用的柱面投影算法，在很多相关著作与文献中都使用这种算法[7-9]。但这些公式复杂，计算环节多，原因是采用的计算参数不合理，后果则是在进行连续反投影时增加了算法的复杂度[10]。本文采用基于平面图的柱面正投影和反投影算法，它的参数合理，公式简便。

算法原理：柱面全景图的生成是在同一视点O 环绕拍摄一系列数码照片(一般为12张~16张)，相邻之间的照片要有比较大的重叠，将照片利用正投影投影到一个圆柱面上，相邻的2张投影图相交地方相互融合。所有照片都投影到圆柱面后得到一圈圆柱形的360o 视角无缝的图像。沿柱面长度方

基金项目：国家自然科学基金资助项目“焦点与上下文技术研究及其在常用人机界面中的应用”(60875045)，“基于智能设计的水果采摘机构与视觉关联精确定位研究”(50775079)

作者简介：彭红星(1976－)，男，讲师、硕士，主研方向：虚拟现实，信息可视化；宋鸿陟，副教授、博士；邹湘军，教授、博士生导师；徐东风，副教授

收稿日期：2009-12-20 E-mail ：xypenghx@