全景图摄像机与展开算法
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全景立体成像技术及图像展开方法
曾 杨
实现全景立体成像方法
• • • • 旋转成像 多相机成像 鱼眼镜头成像 折射式成像
旋转成像(1/2)
• 全方位全景立体成像原理
图1：实现360度全景立体成像序列图像拍摄原理图
旋转成像(2/2)
• 应用比较广泛 – 视频监控 • 优点 – 成本低 – 装置简单易于实现 – 成像分辨率高 • 缺点 – 成像速度慢，不具备实时性
图14：全方位图像展开示意图
圆柱全景图(1/3)
• 投影关系
图15：环形折反射与圆柱面全景图间的投影关系
圆柱全景图(2/3)
• 环形图像投影到圆柱面上对应公式
H R (tan 1 tan 2 ) f ( ) h / R cx u cos v 0 sin c y
图4：尼康的9片5组圆形鱼眼镜头设计
鱼眼镜头成像(3/5)
• 设计思想：拥有更大的球面弧度 ，成像平面离透 镜更近 。
图5： Nikon FC-E8鱼眼镜头及其成像图片
鱼眼镜头成像(4/5)
• 由于视角超大，因此其桶形弯曲畸变非常大
图6： 鱼眼镜头拍摄的图像
鱼眼镜头成像(5/5)
• 广泛应用于摄像领域 • 优点 – 强大的视觉冲击力 – 视角大 • 缺点 – 图像产生桶形畸变
• 单相机三镜面折反射全景立体成像系统
图9：视场分布图
图10：视场分布表
折射式成像(4/6)
• 单相机双叶镜面折反射全景立体成像系统
图11：单相机双叶镜折反射全景立体成像系统结构图
• 缺点：两镜面离得太近，系统基线太短，导致深 度提取精度不高
折射式成像(5/6)
• 双相机双镜面折反射全景立体成像系统
圆柱全景图(3/3)
图16： 环形全向图的重投影展开
N面透镜全景图(1/3)
图17：环形折反射与N面全景图间的投影关系
N面透镜全景图(2/3)
• N面透镜上的点与像平面点的对应关系
H R(tan 1 tan 2 ) f ( ) h cos / R cos( 0 (i 1) ) cx u v 0 sin( (i 1) ) c 0 y
N面透镜全景图(3/3)
图18： 环形全向图的重投影展开
谢谢
多相机成像(1/2)
• 拼接式模型
图2：拼接式全方位视觉镜头
多相机成像(2/2)
• 用途 – 视频会议 – 电视节目转播场合 • 优点 – 构思简单 • 缺点 – 多相机的精确安装 – 多幅图像的无缝拼接
鱼眼镜头成像(1/5)
• 鱼眼结构
图3：鱼眼结构图
鱼眼镜头成像(2/5)
• 鱼眼镜头设计
图12：双相机双镜面折反射成像系统
折射式成像(6/6)
• 单相机双镜面折反射全景立体成像系统
图13：单相机双镜面折反射全景立体成像系统图
全景图展开
• 极坐标与笛卡尔积坐标转换
• 圆柱全景图
• N面透镜全景图
极坐标与笛卡尔积坐标转换
• 极坐标与笛卡尔积坐标转换公式
x y ' cos( ) a y y ' sin( ) b
折射式成像(1/6)
• 原理：采用反射镜将周围的景物反射至摄像机一 次成像，瞬间获得整个场景的目标信息。
图7：反射式全方位镜头及其成像图
折射式成像(2/6)
• 单相机单镜面运动式折反射全景立体成像系统
图8：成像系统原理图
• 只适用于平整地面等理想情况，不适合室外障碍 物Leabharlann Baidu测和导航
折射式成像(3/6)
曾 杨
实现全景立体成像方法
• • • • 旋转成像 多相机成像 鱼眼镜头成像 折射式成像
旋转成像(1/2)
• 全方位全景立体成像原理
图1：实现360度全景立体成像序列图像拍摄原理图
旋转成像(2/2)
• 应用比较广泛 – 视频监控 • 优点 – 成本低 – 装置简单易于实现 – 成像分辨率高 • 缺点 – 成像速度慢，不具备实时性
图14：全方位图像展开示意图
圆柱全景图(1/3)
• 投影关系
图15：环形折反射与圆柱面全景图间的投影关系
圆柱全景图(2/3)
• 环形图像投影到圆柱面上对应公式
H R (tan 1 tan 2 ) f ( ) h / R cx u cos v 0 sin c y
图4：尼康的9片5组圆形鱼眼镜头设计
鱼眼镜头成像(3/5)
• 设计思想：拥有更大的球面弧度 ，成像平面离透 镜更近 。
图5： Nikon FC-E8鱼眼镜头及其成像图片
鱼眼镜头成像(4/5)
• 由于视角超大，因此其桶形弯曲畸变非常大
图6： 鱼眼镜头拍摄的图像
鱼眼镜头成像(5/5)
• 广泛应用于摄像领域 • 优点 – 强大的视觉冲击力 – 视角大 • 缺点 – 图像产生桶形畸变
• 单相机三镜面折反射全景立体成像系统
图9：视场分布图
图10：视场分布表
折射式成像(4/6)
• 单相机双叶镜面折反射全景立体成像系统
图11：单相机双叶镜折反射全景立体成像系统结构图
• 缺点：两镜面离得太近，系统基线太短，导致深 度提取精度不高
折射式成像(5/6)
• 双相机双镜面折反射全景立体成像系统
圆柱全景图(3/3)
图16： 环形全向图的重投影展开
N面透镜全景图(1/3)
图17：环形折反射与N面全景图间的投影关系
N面透镜全景图(2/3)
• N面透镜上的点与像平面点的对应关系
H R(tan 1 tan 2 ) f ( ) h cos / R cos( 0 (i 1) ) cx u v 0 sin( (i 1) ) c 0 y
N面透镜全景图(3/3)
图18： 环形全向图的重投影展开
谢谢
多相机成像(1/2)
• 拼接式模型
图2：拼接式全方位视觉镜头
多相机成像(2/2)
• 用途 – 视频会议 – 电视节目转播场合 • 优点 – 构思简单 • 缺点 – 多相机的精确安装 – 多幅图像的无缝拼接
鱼眼镜头成像(1/5)
• 鱼眼结构
图3：鱼眼结构图
鱼眼镜头成像(2/5)
• 鱼眼镜头设计
图12：双相机双镜面折反射成像系统
折射式成像(6/6)
• 单相机双镜面折反射全景立体成像系统
图13：单相机双镜面折反射全景立体成像系统图
全景图展开
• 极坐标与笛卡尔积坐标转换
• 圆柱全景图
• N面透镜全景图
极坐标与笛卡尔积坐标转换
• 极坐标与笛卡尔积坐标转换公式
x y ' cos( ) a y y ' sin( ) b
折射式成像(1/6)
• 原理：采用反射镜将周围的景物反射至摄像机一 次成像，瞬间获得整个场景的目标信息。
图7：反射式全方位镜头及其成像图
折射式成像(2/6)
• 单相机单镜面运动式折反射全景立体成像系统
图8：成像系统原理图
• 只适用于平整地面等理想情况，不适合室外障碍 物Leabharlann Baidu测和导航
折射式成像(3/6)