[发明专利]一种航拍图像拼接方法及装置

说明书

本发明提出了一种航拍图像拼接方法及装置；其中，方法包括：基于相机的内外参数矩阵构建成像模型；去除成像模型的旋转矩阵中的Z轴分量以简化成像模型；基于简化后的成像模型构建图像之间的对应关系，通过求解获得运动成像模型；基于运动成像模型进行图像拼接，并在拼接过程中对运动成像模型中的相关参数进行约束以使得拼接后的图像最大化的投影到X‑Y平面且被投影到适当的参考平面。本发明提出的相机成像模型具有较少的未知参数，极大程度上减少了全局优化调整的时间。并通过分析误差产生的原因，对参数优化的目标函数添加约束项，对图像的运动参数进行校正，使得拼接结果更加接近于真实图像，能够得到较好的图像拼接结果。

技术领域

本发明涉及航拍及图像合成技术领域，尤其涉及一种航拍图像拼接方法及装置。

背景技术

近年来，随着人类对航空航天等领域的探索，数字摄像技术的高速发展，基于航空和卫星图像的拼接技术开始进入人类的视野。

2001年，Capel研究了如何将包含在同一场景的多个重叠图像中的信息组合在一起以产生高质量的图像，研究采用了8参数的单应性投影模型。在此基础上，2003年，Brown等进一步提出了基于不变局部特征的物体识别技术来选择匹配图像，并提出一个概率模型对其进行验证，从而实现对无序图像的全自动拼接。该方法取得了较好的拼接效果。然而,不足之处是获得的拼接图像存在一定的图像变形，尤其是当图像数目较多时，边缘图像会发生较为明显畸变。

发明内容

为了解决背景技术中提到的技术问题，在本发明的一个方面，提出了一种航拍图像拼接方法，所述方法包括：基于相机的参数矩阵、观测图像平面的旋转矩阵以及平移矩阵建立空间坐标点与对应像素坐标点之间的第一映射关系；去除所述旋转矩阵中的Z轴分量以简化所述第一映射关系获得第二映射关系；基于所述第二映射关系，通过求解由不同的角度和视点对空间中同一点拍摄获得的两个图像中的对应空间坐标点的对应关系获得运动成像模型；基于所述运动成像模型，构建需要拼接的多个图像之间的误配准代价函数，并通过在最小化所述误配准代价函数的同时执行参数约束来进行图像拼接，以使得拼接后的图像最大化的投影到X-Y平面且被投影到适当的参考平面。

在一个或多个实施例中，所述基于相机的参数矩阵、观测图像平面的旋转矩阵以及平移矩阵建立空间坐标点与对应像素坐标点之间的第一映射关系，包括：基于所述相机的参数矩阵、所述观测图像平面的旋转矩阵以及平移矩阵，利用齐次坐标变换建立三维空间中的对应空间坐标点到相机成像平面上的投影点的第一映射关系。

在一个或多个实施例中，所述去除所述旋转矩阵中的Z轴分量以简化所述第一映射关系获得第二映射关系，包括：将所述第一映射关系中的所述空间坐标点的齐次坐标的Z轴分量置0；构建与所述第一映射关系等价的第二映射关系，并去除所述第二映射关系中的对应齐次坐标点及旋转矩阵的Z轴分量。

在一个或多个实施例中，所述基于所述第二映射关系，通过求解由不同的角度和视点对空间中同一点拍摄获得的两个图像中对应点的对应关系获得运动成像模型，包括：基于所述第二映射关系，构建以第一视点及第一角度观测到的第一空间坐标点到第一成像平面的第三映射关系，以及以第二视点及第二角度观测到的第一空间坐标点到第二成像平面的第四映射关系；通过逆变换分别求取所述第三映射关系中的所述第一坐标点的第一表达式，以及所述第四映射关系中的所述第一坐标点的第二表达式；基于所述第一表达式与所述第二表达式的等价关系求解获得运动成像模型。

在一个或多个实施例中，所述通过在最小化所述误配准代价函数的同时执行参数约束来进行图像拼接，以使得拼接后的图像最大化的投影到X-Y平面且被投影到适当的参考平面，包括：在最小化所述误配准代价函数的过程中对所述成像模型的旋转矩阵中的俯仰角和滚转角进行约束，并使得所述俯仰角和滚转角趋近于0以使得拼接后的图像最大化的投影到X-Y平面；以及对所述成像模型的相机的参数矩阵中的焦距及像平面偏移量进行约束，并使得所述焦距趋近于1以及使得所述像平面偏移量趋近于0以使得拼接后的图像被投影到适当的参考平面。