CN105069761A - 一种低计算量的柱面全景图实现方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种低计算量的柱面全景图实现方法及系统，其中，方法包括步骤：A、设平面xoy为鱼眼镜头拍摄的原始图像平面，平面xoy中以o为圆心，r为半径的圆为鱼眼镜头所拍摄的原始图像中有效区域，以o为圆心，以R为半径作同心圆：γ为鱼眼镜头视角；B、对原始图像中有效区域内像素进行校正，其中，任意像素k(x,y)校正后的像素为k’(α,β)；C、在αoβ平面上建立平面图像，并且该平面图像中任意像素k’(α,β)与有效区域内的k(x,y)一一映射。本发明大大降低柱面全景图生成过程的耗时，扩展了当前非标定鱼眼镜头图像校正算法的适用范围，使其能够对视角不足180°的鱼眼镜头进行有效校正。

Description

一种低计算量的柱面全景图实现方法及系统

技术领域

本发明涉及图像处理领域，尤其涉及一种低计算量的柱面全景图实现方法及系统。

背景技术

传统的柱面全景图生成方法中，需要对相机进行标定，并将校正后的图像投影至柱面模型上进行拼接。该方法中对相机的标定流程较为繁琐，再加上模型投影的步骤导致整个过程计算量较大，耗时长。而采用非标定的鱼眼镜头图像校正方法(如传统的球面坐标定位法或经纬映射法)，则对相机镜头视角有严格限制(需为180度视角的鱼眼镜头)，极大地限制了使用范围。

如图1所示，其为180°视角的鱼眼镜头传统校正方法中常见的球面坐标定位法原理示意图。

设平面xoy为鱼眼镜头拍摄的原始图像平面，平面xoy中以o为圆心，R为半径的圆为鱼眼镜头所摄图像中有效区域(该假设符合绝大对数鱼眼镜头图像实际情况)。

传统球面坐标定位法设定图像有效区域中的每一条经度上的不同像素，在畸变校正后的图像中具有相同的列坐标值。将图像有效区域内任意一点k(x,y)作沿x方向的直线，与y轴交点和与圆交点的距离为dx。由图1所示的几何关系，可得

$\frac{x}{dx}=\frac{x_h}{R}\→x=\frac{x_h}{R}\sqrt{R^2-y^2}$

其中x_h是图中点h的x坐标。同时由于点k和点h在相同经线上，故x_h同样也是点k畸变校正后的x坐标。

因此，图像有效区域内任意一点k(x,y)在经过畸变校正后的新坐标为k’(x_h,y)。新建另一平面图像，新建的图像所在平面坐标系为αoβ。图像所在区域范围为0<α<2R,0<β<2R。

该区域中任意一点k’(x_h,y)与原始图像中有效区域内的点k(x,y)形成一一映射，所以该平面图像就是校正后的最终输出图像。

因此，输出图像中任意像素k’(α,β)与原始图像中对应像素k(x,y)的映射关系满足：

$\mathrm{\&alpha;}=\frac{xR}{\sqrt{R^2-y^2}}$

β＝y

上述传统的球面坐标定位校正方法假定鱼眼镜头的成像面为标准半球面，等价于假定鱼眼镜头的视角刚好为180°。对于180°视角的镜头，该方法能够得到良好的校正效果。但是市面上存在的各种广角、鱼眼镜头中，绝大多数都不能满足刚好180°视角要求，因此该方法在实际应用中存在很大的限制条件，难以大范围推广使用。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种低计算量的柱面全景图实现方法及系统，旨在解决现有柱面全景图计算量大、流程复杂、应用范围受到限制等问题。

本发明的技术方案如下：

一种低计算量的柱面全景图实现方法，其中，包括步骤：

A、设平面xoy为鱼眼镜头拍摄的原始图像平面，平面xoy中以o为圆心，r为半径的圆为鱼眼镜头所拍摄的原始图像中有效区域，以o为圆心，以R为半径作同心圆：

γ为鱼眼镜头视角；

B、对原始图像中有效区域内像素进行校正，其中，任意像素k(x,y)校正后的像素为k’(α,β)，k(x,y)和k’(α,β)的坐标关系为：

$x=\frac{\mathrm{\&alpha;}}{R}\sqrt{R^2-y^2}=\frac{\mathrm{\&alpha;}}{R}\sqrt{R^2-{\mathrm{\&beta;}}^2}$

y＝β；

C、在αoβ平面上建立平面图像，并且该平面图像中任意像素k’(α,β)与有效区域内的k(x,y)一一映射。

所述的低计算量的柱面全景图实现方法，其中，所述步骤C中，在αoβ平面，k’(α,β)与像素k(x,y)的映射关系满足：

$\mathrm{\&alpha;}=\frac{xR}{\sqrt{R^2-y^2}}=\frac{xr}{\sin \frac{\mathrm{\&gamma;}}{2}\&CenterDot;\sqrt{\frac{r^2}{{\sin }^2\frac{\mathrm{\&gamma;}}{2}}-y^2}}$

β＝y。

所述的低计算量的柱面全景图实现方法，其中，所述步骤C建立的平面图像中，0<α<2R,0<β<2R。

所述的低计算量的柱面全景图实现方法，其中，所述鱼眼镜头视角≤180°。

一种低计算量的柱面全景图实现系统，其中，包括：

作圆模块，用于设平面xoy为鱼眼镜头拍摄的原始图像平面，平面xoy中以o为圆心，r为半径的圆为鱼眼镜头所拍摄的原始图像中有效区域，以o为圆心，以R为半径作同心圆：

γ为鱼眼镜头视角；

校正模块，用于对原始图像中有效区域内像素进行校正，其中，任意像素k(x,y)校正后的像素为k’(α,β)，k(x,y)和k’(α,β)的坐标关系为：

$x=\frac{\mathrm{\&alpha;}}{R}\sqrt{R^2-y^2}=\frac{\mathrm{\&alpha;}}{R}\sqrt{R^2-{\mathrm{\&beta;}}^2}$

y＝β；

映射模块，用于在αoβ平面上建立平面图像，并且该平面图像中任意像素k’(α,β)与有效区域内的k(x,y)一一映射。

所述的低计算量的柱面全景图实现系统，其中，所述映射模块中，在αoβ平面，k’(α,β)与像素k(x,y)的映射关系满足：

$\mathrm{\&alpha;}=\frac{xR}{\sqrt{R^2-y^2}}=\frac{xr}{\sin \frac{\mathrm{\&gamma;}}{2}\&CenterDot;\sqrt{\frac{r^2}{{\sin }^2\frac{\mathrm{\&gamma;}}{2}}-y^2}}$

β＝y。

所述的低计算量的柱面全景图实现系统，其中，所述映射模块建立的平面图像中，0<α<2R,0<β<2R。

所述的低计算量的柱面全景图实现系统，其中，所述鱼眼镜头视角≤180°。

有益效果：本发明提出一种低计算量的柱面全景图实现方法和系统，将计算量小得多的非标定广角/鱼眼镜头校正方法引入传统柱面全景图生成方法，大大降低柱面全景图生成过程的耗时，扩展了当前非标定鱼眼镜头图像校正算法的适用范围，使其能够对不足180°的各种不同视角鱼眼镜头进行有效校正。

附图说明

图1为现有技术的球面坐标定位法原理示意图。

图2为本发明一种低计算量的柱面全景图实现方法较佳实施例的流程图。

图3为本发明的方法中对原始图像进行校正过程的示意图。

图4为本发明的方法中R的计算示意图。

图5为本发明一种低计算量的柱面全景图实现系统较佳实施例的结构框图。

具体实施方式

本发明提供一种低计算量的柱面全景图实现方法及系统，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图2，图2为本发明一种低计算量的柱面全景图实现方法较佳实施例的流程图，如图所示，其包括步骤：

S101、设平面xoy为鱼眼镜头拍摄的原始图像平面，平面xoy中以o为圆心，r为半径的圆为鱼眼镜头所拍摄的原始图像中有效区域，以o为圆心，以R为半径作同心圆：

γ为鱼眼镜头视角；

S102、对原始图像中有效区域内像素进行校正，其中，任意像素k(x,y)校正后的像素为k’(α,β)，k(x,y)和k’(α,β)的坐标关系为：

$x=\frac{\mathrm{\&alpha;}}{R}\sqrt{R^2-y^2}=\frac{\mathrm{\&alpha;}}{R}\sqrt{R^2-{\mathrm{\&beta;}}^2}$

y＝β；

S103、在αoβ平面上建立平面图像，并且该平面图像中任意像素k’(α,β)与有效区域内的k(x,y)一一映射。

在所述步骤S101中，平面xoy如图3所示，所拍摄的原始图像的有效区域为以o为圆心，r为半径的圆。再做一R为半径的同心圆，R的计算方法可参考图4所示：γ为鱼眼镜头视角。

所述步骤S102中，(畸变)校正过程的计算方法可参照如下：

设定原始图像有效区域中的每一条经度上的不同像素，在畸变校正后的图像中具有相同的列坐标值。将原始图像有效区域内任意像素(像素点)k(x,y)作沿x方向的直线，该直线与y轴交点和与有效区域最外层交点的距离为dx。从图3中几何关系，可得：

$\frac{x}{dx}=\frac{x_h}{R}\&RightArrow;x=\frac{x_h}{R}\sqrt{R^2-y^2}$

其中x_h是图中点h的x坐标。由于点h和点k在相同经线上，故x_h同样也是点k畸变校正后的x坐标。

因此，原始图像有效区域中任意像素k(x,y)经过畸变校正之后的新坐标为k’(x_h,y)。

同理，在所述步骤S102中，k(x,y)和k’(α,β)的坐标关系为：

$x=\frac{\mathrm{\&alpha;}}{R}\sqrt{R^2-y^2}=\frac{\mathrm{\&alpha;}}{R}\sqrt{R^2-{\mathrm{\&beta;}}^2}$

y＝β

所述步骤S103中，在αoβ平面上建立一平面图像，该平面图像所在区域范围为0<α<2R,0<β<2R。该平面图像中任意像素k’(α,β)与原始图像中有效区域内的像素k(x,y)形成一一映射。即该平面图像就是校正后的最终输出图像。

在αoβ平面，像素k’(α,β)与像素k(x,y)的映射关系满足：

$\mathrm{\&alpha;}=\frac{xR}{\sqrt{R^2-y^2}}=\frac{xr}{\sin \frac{\mathrm{\&gamma;}}{2}\&CenterDot;\sqrt{\frac{r^2}{{\sin }^2\frac{\mathrm{\&gamma;}}{2}}-y^2}}$

β＝y。

在本实施例中，可以在非标定的情况下，对视角≤180°的鱼眼镜头所拍摄的图像进行良好的校正，即不再对相机镜头视角有严格限制，并且视角越小，畸变越小。另外，传统的相机标定和模型投影计算过程需要两个较复杂的步骤，其中涉及大量高阶多项式和三角函数计算，而本发明可将计算量小得多的非标定广角/鱼眼镜头校正方法引入传统柱面全景图生成方法，大大降低柱面全景图生成过程的耗时，提高了运算实时性。

基于上述方法，本发明还提供一种低计算量的柱面全景图实现系统，如图5所示，其包括：

作圆模块100，用于设平面xoy为鱼眼镜头拍摄的原始图像平面，平面xoy中以o为圆心，r为半径的圆为鱼眼镜头所拍摄的原始图像中有效区域，以o为圆心，以R为半径作同心圆：

γ为鱼眼镜头视角；

校正模块200，用于对原始图像中有效区域内像素进行校正，其中，任意像素k(x,y)校正后的像素为k’(α,β)，k(x,y)和k’(α,β)的坐标关系为：

$x=\frac{\mathrm{\&alpha;}}{R}\sqrt{R^2-y^2}=\frac{\mathrm{\&alpha;}}{R}\sqrt{R^2-{\mathrm{\&beta;}}^2}$

y＝β；

映射模块300，用于在αoβ平面上建立平面图像，并且该平面图像中任意像素k’(α,β)与有效区域内的k(x,y)一一映射。

进一步，所述映射模块300中，在αoβ平面，k’(α,β)与像素k(x,y)的映射关系满足：

$\mathrm{\&alpha;}=\frac{xR}{\sqrt{R^2-y^2}}=\frac{xr}{\sin \frac{\mathrm{\&gamma;}}{2}\&CenterDot;\sqrt{\frac{r^2}{{\sin }^2\frac{\mathrm{\&gamma;}}{2}}-y^2}}$

β＝y。

进一步，所述映射模块300建立的平面图像中，0<α<2R,0<β<2R。

进一步，所述鱼眼镜头视角≤180°。

关于上述模块的技术细节在前面的方法中已有详述，故不再赘述。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种低计算量的柱面全景图实现方法，其特征在于，包括步骤：

A、设平面xoy为鱼眼镜头拍摄的原始图像平面，平面xoy中以o为圆心，r为半径的圆为鱼眼镜头所拍摄的原始图像中有效区域，以o为圆心，以R为半径作同心圆：

γ为鱼眼镜头视角；

B、对原始图像中有效区域内像素进行校正，其中，任意像素k(x,y)校正后的像素为k’(α,β)，k(x,y)和k’(α,β)的坐标关系为：

$x=\frac{\mathrm{\&alpha;}}{R}\sqrt{R^2-y^2}=\frac{\mathrm{\&alpha;}}{R}\sqrt{R^2-{\mathrm{\&beta;}}^2}$

y＝β；

C、在αoβ平面上建立平面图像，并且该平面图像中任意像素k’(α,β)与有效区域内的k(x,y)一一映射。

2.根据权利要求1所述的低计算量的柱面全景图实现方法，其特征在于，所述步骤C中，在αoβ平面，k’(α,β)与像素k(x,y)的映射关系满足：

$\mathrm{\&alpha;}=\frac{xR}{\sqrt{R^2-y^2}}=\frac{xr}{\sin \frac{\mathrm{\&gamma;}}{2}\&CenterDot;\sqrt{\frac{r^2}{{\sin }^2\frac{\mathrm{\&gamma;}}{2}}-y^2}}$

β＝y。

3.根据权利要求1所述的低计算量的柱面全景图实现方法，其特征在于，所述步骤C建立的平面图像中，0<α<2R,0<β<2R。

4.根据权利要求1所述的低计算量的柱面全景图实现方法，其特征在于，所述鱼眼镜头视角≤180°。

5.一种低计算量的柱面全景图实现系统，其特征在于，包括：

作圆模块，用于设平面xoy为鱼眼镜头拍摄的原始图像平面，平面xoy中以o为圆心，r为半径的圆为鱼眼镜头所拍摄的原始图像中有效区域，以o为圆心，以R为半径作同心圆：

γ为鱼眼镜头视角；

校正模块，用于对原始图像中有效区域内像素进行校正，其中，任意像素k(x,y)校正后的像素为k’(α,β)，k(x,y)和k’(α,β)的坐标关系为：

$x=\frac{\mathrm{\&alpha;}}{R}\sqrt{R^2-y^2}=\frac{\mathrm{\&alpha;}}{R}\sqrt{R^2-{\mathrm{\&beta;}}^2}$

y＝β；

映射模块，用于在αoβ平面上建立平面图像，并且该平面图像中任意像素k’(α,β)与有效区域内的k(x,y)一一映射。

6.根据权利要求5所述的低计算量的柱面全景图实现系统，其特征在于，所述映射模块中，在αoβ平面，k’(α,β)与像素k(x,y)的映射关系满足：

$\mathrm{\&alpha;}=\frac{xR}{\sqrt{R^2-y^2}}=\frac{xr}{\sin \frac{\mathrm{\&gamma;}}{2}\&CenterDot;\sqrt{\frac{r^2}{{\sin }^2\frac{\mathrm{\&gamma;}}{2}}-y^2}}$

β＝y。

7.根据权利要求5所述的低计算量的柱面全景图实现系统，其特征在于，所述映射模块建立的平面图像中，0<α<2R,0<β<2R。

8.根据权利要求5所述的低计算量的柱面全景图实现系统，其特征在于，所述鱼眼镜头视角≤180°。