[发明专利]基于重叠方式的球面全景图生成方法

说明书

本发明公开了一种基于重叠方式的球面全景图生成方法，（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；（2）计算目标球面上点与半球面空间上点的映射关系；（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；（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。本发明实现的全景拼接使用的输入数据少，只用到了两幅鱼眼图像进行拼接，数据来源简单，成本低。在处理过程中，本发明有效的引入了重叠区域的位置关系，根据此关系，定量计算像素点的相对位置，简化了计算过程，加快了拼接处理的速度。最后通过灰度最大值的融合方式进行图像融合，提高了全景拼接的质量。

技术领域

本发明属于计算机图形学领域，具体涉及一种基于重叠方式的球面全景图生成方法，即基于重叠方式采集两幅鱼眼图像，利用鱼眼图像成像空间与球面空间的映射关系，生成球面全景图。

背景技术

在智慧旅游、视频监控、增强现实、机器人导航等领域中，往往需要得到更大角度范围的图像，即使广角和鱼眼镜头的使用有时也无法满足需求，而全景图由于其可以达到全视角，能够满足以上领域的需求，因而得到了广泛的应用。将周围场景投影到以视点为球心的球面模型上，形成的以球心为视点，可以观看周围360度场景的虚拟空间称为球面全景，而将球面模型展开形成的全景图称为球面全景图。

由于球面全景能够很好的模拟周围360度范围的场景，因此在智慧旅游、视频监控等领域得到了广泛的应用。然而，目前球面全景图的生成方式主要有以下几种：

1.利用市场上已有的球面全景采集设备，如Point Grey公司的ladybug 3全景采集设备(Google公司的部分街景是通过此设备采集的)、Immesive Media公司的dodeca的全景采集设备(Google公司早期的街景都是通过 Immesive Media公司拍摄的)等。

由于这些设备的价格昂贵(价格均在20万左右)，因此在实际应用中推广较难，尤其是在视频监控领域，需要很多这样的设备进行监控，成本过高。外，由于这些设备底部都有支架支撑，因此，容易在底部形成空洞，视域范围不能达到360度。

2.利用单反相机采集图像，然后对这些图像进行拼接。

这种方式需要特定拍摄支架的支持，且采集一幅球面全景图需要利用单反相机拍摄很多幅图像，拍摄时间过长。这种方式只适合对球面全景图的离线采集和生成、在视频监控、机器人导航等领域是不适合的。

3.基于鱼眼图像的拼接，形成球面全景图

鱼眼图像的视域范围可以达到180度，视域范围较大。按照理论推理， 2幅图像即可拼接形成一幅球面全景图。

这种方式简单易实现，且成本较低，可以在智慧旅游、视频监控、机器人导航等领域得到应用。

本发明属于利用上述第3种方式生成球面全景图。鉴于其他球面全景图生成过程中，拼接痕迹过于明显、自动匹配时间过长等缺点，本发明提出了基于重叠方式的球面全景图生成方法。即利用朝向相反的方式采集两幅鱼眼图像，使鱼眼图像所对应两个半球空间形成重叠，将两个半球空间对应的场景映射到球面模型上，从而生成球面全景图。

发明内容

本发明是为了解决现有球面全景图生成方法受图像采集方式、图像拼接方式等影响，存在生成速度慢、成本高等问题，难以在视频监控、智慧旅游等领域中进行实际应用这一问题，提出了一种基于重叠方式的球面全景图生成方法。

本发明的内容如下：

一种基于重叠方式的球面全景图生成方法，采用朝向相反的方式采集两幅鱼眼图像，使鱼眼图像所对应两个半球空间形成重叠，将两个半球空间对应的场景映射到某球面模型上，对球面模型进行展开从而生成球面全景图，具体是按如下步骤进行：