[发明专利]基于重叠方式的球面全景图生成方法

权利要求书

1.基于重叠方式的球面全景图生成方法，其特征在于，基于重叠方式采集两幅鱼眼图像，即：两幅鱼眼图像所对应的半球面空间之间存在重叠，将两个半球面空间上的场景投影到一个球面上，生成球面全景图；包括以下步骤：

(1)以两幅鱼眼图像形成的两个半球面空间为基础，建立目标球面空间模型：

1)记两幅鱼眼图像对应的半球面空间分别为Ω1和Ω2，Ω1与Ω2朝向相反，且存在重叠，记Ω1的球心为A，Ω2的球心为B，半径均为R，记A、B之间的距离为2d；

2)以AB的中心点O为球心，建立目标球面空间模型，目标球面与Ω1、Ω2内切，则球O的半径为R-d；

3)以球心O为坐标原点建立空间坐标系OXYZ，其中X轴垂直于AB，向量方向为Z轴正方向，Y轴垂直于XOZ面并满足右手定律；

4)以球心A为坐标原点建立空间坐标系AXYZ，以球心B为坐标原点建立坐标系BXYZ，AXYZ、BXYZ的X、Y轴均与坐标系OXYZ中的X、Y轴平行且方向相同，Z轴重合且方向相同；

(2)计算目标球面上点与半球面空间上点的映射关系：

记球面全景图上的点D(x_pano，y_pano)在球面空间O上对应的点为H，连接OH后交半球面A或者B于H′，则H′为H点在半球面A或者B上的对应点，即H点的像素值与H′点的像素值相同；假设H点在OXYZ坐标系下的极坐标为其中，R-d为球O的半径，θ₁为OH与Z轴正方向的夹角，为OH在XOY平面上的垂直投影与X轴正方向的夹角，则需要计算对应点H′在其所在球面坐标系下的极坐标若H′为半球面A上的点，则此时其所在球面坐标系为AXYZ；若H′为半球面B上的点，则此时其所在球面坐标系为BXYZ；其中R为半球面的半径，θ′为AH′与Z轴正方向的夹角，为AH′在XOY平面上的垂直投影与X轴正方向的夹角；

计算过程如下：

点H′为点H的对应点，所以点O、H和H′三点共线；点O、H′和A构成空间上的三角形ΔAOH′，OH′与Z轴正方向的夹角θ为ΔAOH′的外角，θ＝θ₁，即θ等于AH′与Z轴正方向的夹角θ′加上OH′与AH′的夹角η；由三角形的余弦定理可知，结合鱼眼镜头的成像原理，入射光、反射光和透射光位于同一法平面内，因此AH′在XOY平面上的垂直投影与X轴正方向的夹角

综上，即可求得点H′在其所在球面坐标系下的极坐标为

(3)根据鱼眼镜头投影模型，及球面空间上点与半球面空间上点的映射关系，计算球面O上点对应的像素值：

1)根据鱼眼镜头投影模型计算H′成像到鱼眼图像上的对应点的像素值，将此像素值作为H′点的像素值；而H′为H在空间中对应的点，因此可获得H点的像素值；

2)针对两个半球空间的重叠区域，基于图像融合原理进行像素的融合；两个半球空间存在重叠区域，将重叠区域投影到球面O上，由重叠方式和球面模型可知，重叠区域可以通过OH′与Z轴正方向的夹角θ的范围表示，则在O上对应的区域为：π/2-α≤θ≤π/2+α，α＝arctan(d/R)；在重叠区域，采用灰度最大值的融合方法计算最后的像素值；假设融合区域上某点Q，它在半球A和半球B上的对应点分别为M、N，分别计算出点M、点N对应的像素灰度值，取灰度值最大的点的像素值作为融合后的像素值；

(4)根据球面全景图生成原理，将球面空间上的点映射到球面全景图上；假设全景图的大小为panoWidth*panoHeight；球面全景图上一点D(x_pano，y_pano)，它在球面空间O上的对应点H极坐标为两者对应关系如下，

点H在半球空间A、B上对应点H′的极坐标为由等距投影关系r＝f·θ可知，半球空间到鱼眼图像像素点位置的对应关系为

因此，可以推导出全景图像与鱼眼图像像素位置的对应关系为

。