[发明专利]一种球面图像索引方法及装置

说明书

公开一种球面图像索引方法及装置，可以像平面图像的二维索引一样直接反映球面三角像元的在球面上的邻域关系，提高访问效率，方便上下采样，能够体现球面三角像元在原始球面上的邻域关系，并且能够像平面图像那样高效地索引三角像元，可以大大开发球面图像的应用难度，潜在应用十分广泛，几乎可以用于所有球面图像处理方法、工具的开发。该方法包括：剖分层次为0的球面三角形T₀ⁱ投影为平面上的直角三角形，8个最大的球面三角形在某点展开并投影成一个平面上的正方形；该排列的中心点为球面上球面坐标为(0°,0°)的点，四个顶点的球面坐标为(±180°,±90°)；令投影后的直角三角形的两个直角边与笛卡尔坐标系重合，则球面三角像元用笛卡尔坐标上的整数坐标直接进行索引。

技术领域

本发明涉及图像处理的技术领域，尤其涉及一种球面图像索引方法及装置，该索引方法和装置在球面四元三角层级剖分的基础上对球面三角像元进行索引。

背景技术

球面图像信号应用领域包括球面显示、地球遥感以及360图像/视频处理等。在实际应用中，球面图像通常被投影为一幅或多幅2D图像来表达球面图像。例如，常见的ERP格式的球面图像将球面信号投影到一个圆柱体表面，然后采用一幅2D图像表示球面图像信号。投影的方法可以利用平面图像的二维连续整数索引来高效地操作像素。其索引方式与数学中的矩阵完全一致，有利于开发基于矩阵的图像处理工具。然而，基于平面的表达方法改变了球面数据原有的几何特性，造成靠近球面两极区域拉伸和过采样，引入了较大的形变和冗余，破坏了球面信号的相关性，在很多应用中处理效果较差。这种情况主要是因为球面图像定义在球面域，而球面是一个二维流形，一些传统欧氏几何的基本假设不能在其上成立，需要专门开发与平面图像处理工具不同的工具和方法适应球面几何特性。

为达到这一目标，通常可以利用球面四边形、球面六边形以及球面三角形格网等最常见的球面格网来直接对球面数据进行离散化表达。这些表达方式可以较好的保持球面数据原有的几何特性及相关性，但是增大了数据索引难度，阻碍了球面图像处理工具的开发。目前还没有类似于平面表达方式的利于球面像元操作的索引体系。

在图像处理领域，最近的一项研究利用了球面六边形网格来表示球面信号并提取球面图像的描述子。但是六边形格网却不可避免地存在一定数量的五边形，它不是球面上的规格化结构，无法形成统一的索引地址系统。利用四边形网格对球面图像进行数字化表达的方法也是一种常用的球面图像数字化表达方法。例如，HEALPix是基于四边形的常用表达方法之一，被经常用在天文学、地理信息学等研究领域中。在图像处理领域，已经建立球面四边形格网索引体系的研究，但是该体系基于三维向量计算，同样不能像平面图像的索引那样高效访问数据并直观反映像素间的邻接关系。而且四边形网格虽然面积相等但是形状有较大差异，其规则程度不如球面三角形网格。QTM方法，即四元三角网格，可以对球面进行形状、面积近似均匀的球面三角格网，生产球面均匀分布的像素点，可以将三角格网单元组织成四叉树结构的森林。该格网模型满足球面近似均匀分布，是一种较好的球面光栅模型，可以作为球面图像数据的显示、分析和采样的技术基础。目前在地理信息领域已存在利用这种结构建立的多种格网地址转系统。但是这些地址系统都是可变维度的非连续地址，与二维图像的地址差别较大，不利于图像处理。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供了一种球面图像索引方法，其可以像平面图像的二维索引一样直接反映球面三角像元的在球面上的邻域关系，提高访问效率，方便上下采样，能够体现球面三角像元在原始球面上的邻域关系，并且能够像平面图像那样高效地索引三角像元，可以大大开发球面图像的应用难度，潜在应用十分广泛，几乎可以用于所有球面图像处理方法、工具的开发。