[发明专利]基于重叠方式的球面全景图生成方法

摘要

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。

主权项

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O上的某点为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，θ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，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球坐标为(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，重叠区域可以通过入射角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。