[发明专利]一种基于广角镜头的快速图像拼接方法

说明书

技术领域

本发明涉及视图像处理领域，特别涉及一种基于广角镜头的快速图像拼接方法。

背景技术

全景图的构建对于有效的扩大图像视野，及获取有效信息有着重要的意义，在摄像机的图像处理技术，汽车电子及手机等移动通信设备领域有着广泛的应用。目前构建全景图像的方法主要有两种：一种是采用如鱼眼镜头、反折射全向成像和全景环形透镜这种特殊摄像机获取图像，然后矫正成像畸变，一次性成像，这种方法空间分辨率较低，外加上其价格昂贵，仅适用于一些专业场合。另一种方法是通过单台摄像机旋转拍摄一系列不同视角的图像或多台摄像机拍摄一系列图像，然后将多幅有重叠部分的图像(可能是不同时间、不同视角或者不同传感器获得的)拼接成一幅大型的无缝高分辨率全景图像。图像拼接技术的出现源于摄影学需求，现已广泛应用于视频监控、虚拟现实、计算机视觉、医学图像处理等领域，具有十分广阔的市场前景。一般来说，图像拼接的过程由图像预处理，图像配准和图像融合三个步骤组成，其中图像配准是图像拼接的核心技术。

目前应用较多的图像拼接技术包括：

第一，单视点拼接模型。即通过固定视点拍摄多幅图像，然后根据图像之间的单应性矩阵（Homography）来实现图像之间的对齐。这种单视点模型是目前大多数拼接方法采用的方案。单视点模型不存在视差，通过单应矩阵就可以实现对齐。

第二，多视点拼接模型。通过不同的视点拍摄多幅图像，然后采用单应矩阵进行初始对齐。初始对齐的图像之间存在视差，视差会在两幅图像之间的重叠区部分形成重影。因此采用多视点模型进行全景拼接需要单独的视差补偿模块。

公告号为CN101673395B的中国发明专利，提出了一种通用的对拍摄无限制的图像拼接方法。针对采用多视点模型进行拼接存在重影的问题，提出了一种基于密深度图的图像拼接方法。该方法通过计算得到的两幅图像之间的深度图来补偿视差，能一定程度解决重影的问题。依据目前的研究现状，基于稠密深度图和光流法是目前比较适用的视差补偿方案。但是，稠密深度图的计算非常耗时，对复杂场景、光照变化、图像质量差等条件，存在精度低的缺陷。以上缺陷使得基于稠密深度图的视差补偿方法很难应用到实时性要求高的场景，例如视频会议、视频监控。此外，针对上述方法中的视差补偿方案，若要实现360度全景拼接，需要对每两幅图像进行深度图计算，难以满足实时性要求。

目前比较常见的桌面拼接软件Autostitch、Microsoft ICE、Photoshop CS6中的全景拼接功能，针对无畸变图像进行拼接。采用无畸变的图像进行拼接，要实现360度全景，考虑40度的视场角度和三分之一的重叠区要求，需要13个视角，仅考虑局部配准，需要进行12次配准和融合操作，计算量非常大，因此图像拼接速度非常慢。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种拼接速度快以及实时性强的广角镜头的快速图像拼接方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种基于广角镜头的快速图像拼接方法，包括以下步骤：

（1）获取广角镜头所采集到的图像，对各广角镜头所采集到的图像进行畸变矫正，并获取畸变矫正前后图像的坐标映射表；

（2）将畸变矫正后的图像进行柱面映射，并获取柱面映射前后图像的坐标映射表，针对每个广角镜头，将该表与畸变矫正前后图像的坐标映射表进行合成，然后在该合成表中按照每q*q的像素块窗口选择一个点坐标来组成一张二维离散坐标映射表并对其进行存储；其中所述二维离散坐标映射表构建过程通过柱面映射和畸变矫正的映射进行求逆，得到柱面映射后图像点的坐标与原始输入的畸变图像点坐标之间的对应关系；

（3）载入每个广角镜头所存储的二维离散坐标映射表，利用坐标插值法得到完整的二维坐标映射表，然后根据该表对各广角镜头所采集到的各畸变图像依次进行畸变矫正和柱面映射；

（4）采用快速归一化互相关算法求取柱面映射后各相邻视角图像之间的平移参数，根据平移参数对上述步骤（3）处理后的各相邻视角图像进行配准；

（5）对步骤（4）中配准后的各相邻视角图像进行融合：首先分别针对步骤（4）中配准后的各相邻视角图像序列建立拉普拉斯金字塔，然后分别对高频和低频金字塔图像重叠区进行线性融合，得到各相邻视角图像融合后的图像，即广角镜头所采集到的各相邻视角图像拼接后的图像。