RU2654127C1 - Method for generating a digital panoramic image - Google Patents

Method for generating a digital panoramic image Download PDF

Info

Publication number
RU2654127C1
RU2654127C1 RU2016150169A RU2016150169A RU2654127C1 RU 2654127 C1 RU2654127 C1 RU 2654127C1 RU 2016150169 A RU2016150169 A RU 2016150169A RU 2016150169 A RU2016150169 A RU 2016150169A RU 2654127 C1 RU2654127 C1 RU 2654127C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
image
images
panoramic image
regular polyhedron
digital
Prior art date
Application number
RU2016150169A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Сергеевич Константинов
Сергей Александрович Лазарев
Константин Анатольевич Рубцов
Юрий Николаевич Маслаков
Сергей Геннадьевич Курцев
Александр Николаевич Заливин
Никита Олегович Ефимов
Никита Константинович Веселых
Виталий Александрович Гайворонский
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ")
Priority to RU2016150169A priority Critical patent/RU2654127C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2654127C1 publication Critical patent/RU2654127C1/en

Links

Images

Classifications

    • G06T3/12
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T9/00Image coding
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/60Control of cameras or camera modules
    • H04N23/698Control of cameras or camera modules for achieving an enlarged field of view, e.g. panoramic image capture
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00Details of television systems
    • H04N5/222Studio circuitry; Studio devices; Studio equipment
    • H04N5/262Studio circuits, e.g. for mixing, switching-over, change of character of image, other special effects ; Cameras specially adapted for the electronic generation of special effects
    • H04N5/265Mixing

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Studio Devices (AREA)
  • Image Processing (AREA)

Abstract

FIELD: image forming devices.
SUBSTANCE: invention relates to computer technology, namely to the means for generating a high-resolution digital panoramic image from several images. Method of forming a digital panoramic image from several sources: images from cameras located on the faces of a regular polyhedron are received and processed; each image is cut along the boundaries of a section of the regular polyhedron; composite spherical panoramic image is formed; image correction is made on the model of the field vector diagram with distortion correction; images are cropped; in the overlapping areas of images using the SURF method of a pair of singular points is calculated and additionally, on the basis of affine transformations, a nonlinear deformation of each cropped image is performed from data on pairs of singular points in the overlapping areas of images; address matrices of the location and the accessories of an individual pixel to the faces of the regular polyhedron in the Cartesian coordinate system are calculated; projection of the regular polyhedron onto a sphere inscribed into it is constructed; image stitching is performed.
EFFECT: technical result is to improve the quality of the high-resolution digital panoramic image.
1 cl, 12 dwg

Description

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для формирования цифрового панорамного изображения высокого разрешения из нескольких изображений, полученных при помощи многокамерного устройства кругового обзора для обеспечения обзорного видеонаблюдения за безопасностью специальных, промышленных, административных и других объектов. The invention relates to computer technology and can be used to generate a high-resolution digital panoramic image from several images obtained using a multi-camera all-round viewing device for providing surveillance video surveillance of the safety of special, industrial, administrative and other objects.

Термины в рамках данной заявкиTerms within this application

Сенсор – светочувствительный элемент цифровой камеры, представляющий собой матрицу из миллионов миниатюрных ячеек-пикселей.A sensor is a photosensitive element of a digital camera, which is a matrix of millions of miniature pixel cells.

ARM (англ. Advanced RISC Machine ) - микропроцессорная архитектура с сокращённым набором команд.ARM (Advanced RISC Machine) is a microprocessor architecture with a reduced set of instructions.

MiPi (англ. Mobile Industry Processor Interface – интерфейс процессора для мобильных систем) – стандартный интерфейс обмена данными между сенсором цифровой камеры и вычислительным узлом.MiPi (Eng. Mobile Industry Processor Interface - processor interface for mobile systems) is a standard interface for exchanging data between a digital camera sensor and a computing node.

FPGA (англ. Field-Programmable Gate Array – программируемая пользователем вентильная матрица) - полупроводниковое устройство, которое может быть сконфигурировано производителем или разработчиком после изготовления, также именуется ПЛИС.FPGA (Field-Programmable Gate Array - a user-programmable gate array) - a semiconductor device that can be configured by the manufacturer or developer after manufacturing, is also called FPGA.

RAW (англ. Raw — сырой, необработанный) - формат цифровой фотографии, содержащий необработанные данные, полученные с светочувствительного сенсора.RAW (Eng. Raw - raw, raw) - a digital photo format containing raw data obtained from a photosensitive sensor.

RGB (англ. Red, Green, Blue — красный, зелёный, синий) - аддитивная цветовая модель, описывающая способ синтеза цвета для цветовоспроизведения.RGB (English Red, Green, Blue - red, green, blue) is an additive color model that describes the method of color synthesis for color reproduction.

SURF (англ. speeded up robust features) – метод, который одновременно выполняет поиск особых точек на изображении и строит их описание, инвариантное к изменению масштаба и вращению. [Вау Н., Ess A., Tuvtelaars Т., Gool L. V. Speeded-Up Robust Features (SURF) // Proceedings of the 9th European Conference on Computer Vision. Springer LNCS. 200G. Vol. 3951. Pt.1. P. 404-417].SURF (English speeded up robust features) is a method that simultaneously searches for special points in the image and builds their description, which is invariant to zooming and rotation. [Wow N., Ess A., Tuvtelaars T., Gool L. V. Speeded-Up Robust Features (SURF) // Proceedings of the 9th European Conference on Computer Vision. Springer LNCS. 200G. Vol. 3951. Pt. 1. P. 404-417].

Особая точка – точка максимального изменения градиента яркости в некоторой окрестности на изображении, в которой детерминант матрицы Гессе достигает экстремума.A special point is the point of maximum change in the brightness gradient in a certain neighborhood in the image at which the determinant of the Hessian matrix reaches an extremum.

Аффинные преобразования — общий метод для деформации изображений, позволяющий за одну операцию повернуть, растянуть и отразить изображение.Affine transformations are a common method for image deformation, which allows you to rotate, stretch and reflect the image in one operation.

Сшивка – создание на основе кадров обычного формата с небольшим углом обзора единого панорамного изображения.Stitching - creating frames based on the usual format with a small viewing angle of a single panoramic image.

Известен способ получения панорамных изображений и устройство, его реализующее (патент США №5563650, H04N 7/18, от 08.10.1996). В основе способа лежит получение изображений с использованием камеры с объективом типа «fish eye» (объектив со сверхшироким углом обзора), последующее преобразование изображений в цифровой вид и трансформация в панорамные изображения, лишенные искажений, видимых человеческим глазом, с использованием компьютера и специального программного обеспечения.A known method of obtaining panoramic images and a device that implements it (US patent No. 5563650, H04N 7/18, from 08.10.1996). The method is based on obtaining images using a camera with a fish eye lens (lens with an ultra-wide viewing angle), subsequent conversion of images into digital form and transformation into panoramic images devoid of distortion visible to the human eye using a computer and special software .

Недостатками этого способа является возможность применения данного способа только к заявленному устройству - камере с объективом типа «fish eye», соответственно узкая область применения, а также необходимость получения большого количества изображений для обеспечения высокой точности получения панорамных изображений.The disadvantages of this method is the possibility of applying this method only to the claimed device - a camera with a lens type "fish eye", respectively, a narrow scope, as well as the need to obtain a large number of images to ensure high accuracy of obtaining panoramic images.

Известен способ создания панорамных изображений в системах цифровых камер (патент США 6714249, H04N 7/00; G03B 17/00, от 30.03.2004), в котором заранее подготавливают и устанавливают в определенное положение камеру, поворачивая ее в предопределенные позиции, получают несколько серий изображений с пересекающимися на краях областями, сохраняют в памяти эти изображения и автоматически объединяют несколько изображений в панорамное изображение.A known method of creating panoramic images in digital camera systems (US patent 6714249, H04N 7/00; G03B 17/00, 03/30/2004), in which the camera is prepared and installed in a certain position in advance, turning it to a predetermined position, several series are obtained images with areas intersecting at the edges, store these images in memory and automatically combine several images into a panoramic image.

Недостатками этого способа является получение панорамных изображений с низкой точностью из-за отсутствия коррекции аберраций оптических систем, а именно радиальной дисторсии, а также сложность практической реализации способа в связи с установкой камеры в строго определенное положение и поворотами ее в предопределенные позиции.The disadvantages of this method is the obtaining of panoramic images with low accuracy due to the lack of correction of aberrations of optical systems, namely radial distortion, as well as the difficulty of practical implementation of the method in connection with the installation of the camera in a strictly defined position and its rotation in a predetermined position.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ, реализуемый устройством для додекаэдрической системы формирования изображения (патент США US5023725, H04N5/74; H04N7/00; H04N7/18; H04N9/31, от 11.06.1991), в котором сферическое изображение получается в результате обработки изображений, полученных с 12 камер, расположенных на гранях додекаэдра. При этом каждая из граней додекаэдра формирует пятиугольное сечение в виде секции концентрической сферы. Изображение, полученное с каждой камеры, обрезается под границы своей пятиугольной секции за счет маскирования сигнала с камеры. На этапе формирования составного панорамного сферического изображения производится электрооптическая коррекция этих изображений, а полученное панорамное изображение представляется в виде сферы.Closest to the proposed method is a method implemented by a device for a dodecahedral imaging system (US patent US5023725, H04N5 / 74; H04N7 / 00; H04N7 / 18; H04N9 / 31, from 11.06.1991), in which a spherical image is obtained as a result of processing images obtained from 12 cameras located on the faces of the dodecahedron. Moreover, each of the faces of the dodecahedron forms a pentagonal section in the form of a section of a concentric sphere. The image received from each camera is cropped to the borders of its pentagonal section by masking the signal from the camera. At the stage of forming a composite panoramic spherical image, electro-optical correction of these images is performed, and the resulting panoramic image is presented in the form of a sphere.

Недостатки этого способа обусловлены использованием электрооптической коррекции аберраций оптических систем, которая не позволяет обеспечить высокое визуальное качество панорамного изображения при устранении эффектов, связанных с дисторсией получаемых с камер изображений, кроме того не учитывает смещения одного изображения относительно другого. The disadvantages of this method are due to the use of electro-optical correction of aberrations of optical systems, which does not allow to provide high visual quality of a panoramic image while eliminating the effects associated with the distortion of images received from cameras, and also does not take into account the displacement of one image relative to another.

Задачей предлагаемого изобретения является расширение арсенала способов, обеспечивающих формирование цифрового панорамного сферического изображения, на основе изображений, полученных от нескольких камер.The task of the invention is to expand the arsenal of methods for generating a digital panoramic spherical image based on images obtained from several cameras.

Техническим результатом использования предлагаемого изобретения является высокое визуальное качество цифрового панорамного изображения высокого разрешения за счет выравнивания геометрических искажений, связанных с дисторсией получаемых с камер изображений и устранения несовпадения размеров и форм изображений объектов, расположенных в области перекрытия смежных изображений, полученных от каждой камеры.The technical result of the use of the present invention is the high visual quality of a high-resolution digital panoramic image due to the alignment of geometric distortions associated with the distortion of the images received from the cameras and eliminating the discrepancy in the sizes and shapes of images of objects located in the overlapping area of adjacent images obtained from each camera.

Поставленная задача достигается предложенным способом формирования цифрового панорамного изображения от нескольких источников, включающим обработку изображений, полученных с камер, расположенных на гранях правильного многогранника путем обрезания изображений под границы секции в виде правильного многоугольника, формирование составного сферического панорамного изображения с коррекцией полученных изображений, в который внесены следующие новые признаки:The task is achieved by the proposed method for generating a digital panoramic image from several sources, including processing images obtained from cameras located on the edges of a regular polyhedron by cropping images under the section boundaries in the form of a regular polygon, forming a composite spherical panoramic image with correction of the received images, into which The following new features:

- перед обрезкой изображений осуществляют их коррекцию на основе модели векторной диаграммы поля путем компенсации искажений, вызванных объективом каждой цифровой камеры, с учетом коэффициента дисторсии и коэффициента масштабирования изображения; - before cropping the images, they are corrected based on the model of the vector field diagram by compensating for distortions caused by the lens of each digital camera, taking into account the distortion coefficient and image scaling factor;

- обрезку изображений, полученных с каждой камеры, производят путем определения принадлежности каждого пикселя входного изображения вписанному в него правильному n-угольнику, где n равно от 3 до 5;- cropping the images obtained from each camera is performed by determining the ownership of each pixel of the input image to the correct n-gon inscribed in it, where n is from 3 to 5;

- дополнительно на основе аффинных преобразований осуществляют нелинейную деформацию обрезанного изображения, по данным о парах особых точек в областях перекрытия изображений, поступающих с соседних цифровых камер. При этом пары особых точек определяют при помощи метода SURF;- additionally, on the basis of affine transformations, a nonlinear deformation of the cropped image is performed according to pairs of singular points in the areas of overlapping images coming from neighboring digital cameras. Moreover, pairs of singular points are determined using the SURF method;

- для формирования составного панорамного изображения предварительно осуществляют расчет адресных матриц, определяющих местоположение и принадлежность отдельного пикселя каждого изображения граням правильного многогранника, например додекаэдра, гексаэдра, икосаэдра, октаэдра или тетраэдра, в декартовой системе координат, затем - построение проекции панорамного изображения на сферу, вписанную в правильный многогранник, с помощью FPGA и преобразования декартовых координат X, Y, Z в сферические, после чего посредством программного обеспечения для построения эквидистантной цилиндрической проекции сферы осуществляют сшивку изображений. - for the formation of a composite panoramic image, address matrices are preliminarily calculated that determine the location and belonging of an individual pixel of each image to the faces of a regular polyhedron, for example, a dodecahedron, hexahedron, icosahedron, octahedron or tetrahedron, in a Cartesian coordinate system, then — constructing the projection of the panoramic image onto the inscribed sphere into a regular polyhedron, using FPGA and converting Cartesian coordinates X, Y, Z to spherical, and then using software eniya for constructing equidistant cylindrical projection sphere carried crosslinking images.

Условиям «новизна» и «изобретательский уровень» предложенный способ соответствует благодаря тому, что он позволяет максимально устранить нежелательные эффекты геометрических искажений от несовпадения размеров и форм изображений объектов, расположенных в области перекрытия смежных изображений на границах совмещения n - угольных секций за счет:The proposed method meets the conditions of “novelty” and “inventive step” due to the fact that it allows maximum elimination of undesirable effects of geometric distortions from the mismatch of the sizes and shapes of images of objects located in the overlapping area of adjacent images at the boundaries of the alignment of n - coal sections due to:

- нелинейной деформации изображений, составляющих панорамное изображение, производимой по данным о парах особых точек, детектируемых в областях перекрытия изображений, поступающих с соседних цифровых камер;- nonlinear deformation of images constituting a panoramic image, produced from data on pairs of singular points detected in areas of overlapping images coming from neighboring digital cameras;

- использования предварительно рассчитанных адресных матриц на основе модели правильного многогранника при формировании составного панорамного изображения, что позволяет определить местоположение и принадлежность отдельного пикселя каждого изображения граням правильного многогранника в декартовой системе координат.- the use of pre-calculated address matrices based on the model of the regular polyhedron in the formation of a composite panoramic image, which allows you to determine the location and belonging of a single pixel of each image to the faces of the regular polyhedron in the Cartesian coordinate system.

Изобретение характеризуется следующими фигурами.The invention is characterized by the following figures.

Фиг. 1 – Развертка модели додекаэдра на плоскость с учетом расположения образующих его пятиугольных секций. FIG. 1 - Development of a dodecahedron model on a plane, taking into account the location of its pentagonal sections.

Фиг. 2 – Расположение системы координат для области светочувствительного сенсора А цифровой камеры и нумерация сторон и углов пятиугольной секции Б, где римские цифры обозначают стороны, арабские - углы пятиугольной секции. FIG. 2 - The location of the coordinate system for the area of the photosensitive sensor A of the digital camera and the numbering of the sides and angles of the pentagonal section B, where Roman numerals denote the sides, Arabic numerals indicate the angles of the pentagonal section.

Фиг. 3 – Модель додекаэдра с номерами сторон и граней, образующих его равносторонних пятиугольных секций: а) вид спереди; б) вид сзади. FIG. 3 - Model of a dodecahedron with numbers of sides and faces forming its equilateral pentagonal sections: a) front view; b) rear view.

Фиг. 4 – Схема развертки цилиндрической проекции додекаэдра на плоскость.FIG. 4 - Development plan of the cylindrical projection of the dodecahedron onto the plane.

Фиг. 5 – Пространственная система координат додекаэдра и вписанная в него сфера.FIG. 5 - The spatial coordinate system of the dodecahedron and the sphere inscribed in it.

Фиг. 6 – Результат построения эквидистантной цилиндрической проекции сферы на плоскость.FIG. 6 - The result of constructing an equidistant cylindrical projection of a sphere onto a plane.

Фиг. 7 – Коррекция искажений оптической системы цифровой камеры на примере изображения с сенсора камеры 9: а) изображение с сенсора 9 без коррекции; б) изображение с сенсора 9 после коррекции.FIG. 7 - Correction of distortions of the optical system of a digital camera on the example of the image from the camera sensor 9: a) image from the sensor 9 without correction; b) image from sensor 9 after correction.

Фиг. 8 – Обрезка откорректированного изображения с сенсора камеры 9 под границы его пятиугольной секции: а) изображение с сенсора камеры 9 с отмеченным на нем шаблоном пятиугольной секции; б) результат обрезки изображения, полученного с сенсора камеры 9.FIG. 8 - Cropping of the corrected image from the camera 9 sensor to the borders of its pentagonal section: a) image from the camera 9 sensor with the pentagonal section template marked on it; b) the result of cropping the image obtained from the camera sensor 9.

Фиг. 9 – Области перекрытия обрезанных изображений, поступающих с сенсоров смежных цифровых камер и результат сопоставления найденных особых точек, обозначенных «*», где а) обрезанное изображение с сенсора камеры 5; б) обрезанное изображение с сенсора камеры 9.FIG. 9 - Areas of overlapping cropped images coming from sensors of adjacent digital cameras and the result of matching found special points marked with “*”, where a) cropped image from camera sensor 5; b) cropped image from the camera sensor 9.

Фиг. 10 – Результат совмещения границ изображений, полученных со смежных сенсоров камер 5 и 9, по данным о парах особых точек.FIG. 10 - The result of combining the boundaries of the images obtained from adjacent sensors of cameras 5 and 9, according to pairs of singular points.

Фиг. 11 – Фрагмент проекции сферического изображения на плоскость для изображений, полученных со смежных сенсоров камер 5 и 9.FIG. 11 - A fragment of the projection of a spherical image onto a plane for images obtained from adjacent sensors of cameras 5 and 9.

Фиг. 12 – Результат сшивки составного панорамного изображения на плоскости.FIG. 12 - The result of stitching a composite panoramic image on a plane.

Предложенный способ для случая, когда устройство содержит 12 цифровых камер, расположенных на гранях додекаэдра, реализуют следующим образом: The proposed method for the case when the device contains 12 digital cameras located on the edges of the dodecahedron, is implemented as follows:

1. Для обработки изображений получают по единому синхро-сигналу изображения с 12 цифровых камер, расположенных на гранях додекаэдра. Каждая камера состоит из объектива и светочувствительного сенсора. Все изображения по интерфейсу MiPi поступают в память собственного вычислительного узла, реализованного на базе FPGA и ARM процессора, для проведения предварительной обработки изображений;1. For image processing, images from 12 digital cameras located on the edges of the dodecahedron are obtained using a single sync signal. Each camera consists of a lens and a photosensitive sensor. All images via the MiPi interface are transferred to the memory of their own computing node, implemented on the basis of the FPGA and ARM processor, for preliminary image processing;

2. Выполняют для каждого изображения преобразование из формата RAW в формат RGB. Данная конвертация необходима для более удобного представления изображений и их дальнейшей обработки. Результат преобразования записывают в промежуточный буфер;2. Convert from RAW to RGB format for each image. This conversion is necessary for more convenient presentation of images and their further processing. The conversion result is written to the intermediate buffer;

3. Перед обрезкой изображений производят коррекцию искажений, вызванных объективом цифровой камеры с учетом коэффициента дисторсии и коэффициента масштабирования. Коррекцию производят на основе модели векторной диаграммы поля (Гельман Р.Н., Дунц А.Л. Лабораторная калибровка цифровых камер с большой дисторсией // Геодезия и картография. М., 2002. №7, с.23-31);3. Before cropping the images, the distortions caused by the digital camera lens are corrected taking into account the distortion coefficient and scaling factor. Correction is made on the basis of a vector field diagram model (Gelman R.N., Dunts A.L. Laboratory calibration of digital cameras with great distortion // Geodesy and Cartography. M., 2002. No. 7, p.23-31);

4. Обрезают с использованием средств FPGA каждое изображение, полученное с сенсора (А) под границы его пятиугольной секции (Б) путем определения принадлежности каждого пикселя входного изображения вписанному в него пятиугольнику, как показано на фиг. 2, где римскими цифрами кодируются стороны, а арабскими – углы пятиугольной секции в соответствии с системой координат (x,y); 4. Using FPGA, each image obtained from the sensor (A) is cut off under the boundaries of its pentagonal section (B) by determining whether each pixel of the input image belongs to the pentagon inscribed in it, as shown in FIG. 2, where the Roman numerals are encoded sides, and in Arabic - the corners of the pentagonal section in accordance with the coordinate system (x, y);

5. Используя средства ARM процессора, вычисляют в областях перекрытия изображений, поступающих с соседних сенсоров, координаты особых точек на основе метода SURF, который одновременно выполняет поиск особых точек и строит их описание в виде вектора значений, инвариантное к изменению масштаба и вращению;5. Using the means of the ARM processor, in the areas of overlapping images from neighboring sensors, the coordinates of the singular points are calculated based on the SURF method, which simultaneously searches for singular points and constructs their description as a vector of values, which is invariant to zooming and rotation;

6. Сопоставляют пары особых точек, имеющих одинаковое описание на изображениях смежных сенсоров; 6. Compare pairs of singular points having the same description on the images of adjacent sensors;

7. Выполняют нелинейную деформацию каждого изображения, по данным о парах особых точек, на основе аффинных преобразований;7. Perform non-linear deformation of each image, according to pairs of singular points, based on affine transformations;

8. Осуществляют расчет адресных матриц, определяющих местоположение и принадлежность отдельного пикселя каждого изображения граням додекаэдра в декартовой системе координат, на основе математической модели додекаэдра, графически представленной на фиг.3, где использована система кодирования сторон и углов додекаэдра в соответствии с системой, представленной на фиг.2. 8. The address matrices are calculated that determine the location and belonging of a single pixel of each image to the faces of the dodecahedron in the Cartesian coordinate system, based on the mathematical model of the dodecahedron, graphically presented in figure 3, where the coding system of the sides and angles of the dodecahedron is used in accordance with the system presented in figure 2.

На фиг.4 показано представление панорамного изображения при проецировании модели додекаэдра на плоскость;Figure 4 shows a representation of a panoramic image when projecting a dodecahedron model onto a plane;

9. Для получения проекции панорамного изображения на сферу, вписанную в додекаэдр, с помощью FPGA выполняют преобразование декартовых координат X, Y, Z в сферические, формируя сферическое составное панорамное изображение как показано на фиг. 5, где куб - трехмерное пространство, r - радиус вписанной в додекаэдр сферы. 9. To obtain a projection of the panoramic image onto the sphere inscribed in the dodecahedron, using Cartesian coordinates, the Cartesian coordinates X, Y, Z are converted into spherical, forming a spherical composite panoramic image as shown in FIG. 5, where the cube is three-dimensional space, r is the radius of the sphere inscribed in the dodecahedron.

10. Осуществляют сшивку, формируя составное панорамное изображение посредством программного обеспечения для построения эквидистантной цилиндрической проекции сферы, как показано на фиг. 6, где цифрами отмечены номера сенсоров. Такой способ представления панорамного изображения позволяет наблюдать всю картину в целом и является более удобным для отображения с помощью стандартных графических устройств, таких как телевизор, монитор, проектор. 10. Stitching is carried out, forming a composite panoramic image using software for constructing an equidistant cylindrical projection of a sphere, as shown in FIG. 6, where the numbers indicate the numbers of the sensors. This method of presenting a panoramic image allows you to observe the whole picture as a whole and is more convenient for display using standard graphic devices such as a TV, monitor, projector.

Пример осуществления способа.An example implementation of the method.

Панорамная камера, содержащая 12 цифровых камер, расположенных на гранях додекаэдра, была установлена в центре помещения.A panoramic camera containing 12 digital cameras located on the edges of the dodecahedron was installed in the center of the room.

После включения камеры произвели инициализацию подключенных систем и выполнили необходимые настройки параметров.After turning on the camera, the connected systems were initialized and the necessary settings were made.

По нажатию на кнопку «записи» с каждого из 12 сенсоров цифровых камер полученное изображение передается на собственный вычислительный узел, где выполняется преобразование из формата RAW в формат RGB.By pressing the “record” button from each of the 12 sensors of digital cameras, the resulting image is transmitted to its own computing node, where conversion from RAW format to RGB format is performed.

Далее производят коррекцию искажений оптической системы цифровой камеры для каждого изображения с учетом коэффициента дисторсии и коэффициента масштабирования изображения, как показано на фиг. 7. Если сравнить изображения на фиг. 7, то видно, что объекты, представленные на изображении фиг. 7 (а) имеют искажения геометрических форм, которые устранены в результате коррекции на изображении фиг. 7 (б).Next, distortions are corrected for the optical system of the digital camera for each image taking into account the distortion coefficient and image scaling factor, as shown in FIG. 7. If we compare the images in FIG. 7, it is seen that the objects shown in the image of FIG. 7 (a) have distortions of geometric shapes that are eliminated as a result of correction in the image of FIG. 7 (b).

На следующем шаге выполняют обрезку каждого изображения под границы его пятиугольной секции, как показано на фиг. 8, для изображения, полученного с сенсора 9. Данную операцию выполняет FPGA. In the next step, each image is cropped to the borders of its pentagonal section, as shown in FIG. 8, for the image received from the sensor 9. This operation is performed by FPGA.

Далее, используя средства ARM процессора, в областях перекрытия изображений, поступающих с соседних сенсоров, выполняют поиск особых точек и построение их описания в виде векторов значений на основе метода SURF. На фиг. 9 прямоугольниками показана область перекрытия изображений, поступающих с сенсоров 5 (а) и 9 (б) смежных цифровых камер, и пример определения пар особых точек и их сопоставления. Further, using the means of the ARM processor, in the areas of overlapping images coming from neighboring sensors, they search for singular points and construct their descriptions in the form of value vectors based on the SURF method. In FIG. 9, rectangles show the area of overlapping images coming from the sensors 5 (a) and 9 (b) of adjacent digital cameras, and an example of determining pairs of singular points and comparing them.

Используя информацию о взаимном положении пар особых точек на смежных изображениях, производят деформацию изображений на основе аффинных преобразований, что позволяет совместить границы изображений, полученных с сенсоров смежных цифровых камер, как показано на фиг. 10 для изображений, поступивших со смежных сенсоров 5 и 9.Using information on the relative position of pairs of singular points on adjacent images, images are deformed based on affine transformations, which allows the boundaries of images obtained from sensors of adjacent digital cameras to be combined, as shown in FIG. 10 for images received from adjacent sensors 5 and 9.

Далее, используя модель додекаэдра, осуществляют расчет адресных матриц, которые определяют местоположение отдельного пикселя каждого изображения соответствующей ему грани додекаэдра в декартовой системе координат.Then, using the dodecahedron model, address matrices are calculated that determine the location of an individual pixel of each image of the corresponding dodecahedron face in the Cartesian coordinate system.

Выполняют преобразование декартовых координат в сферические для получения проекции изображения на сферу, вписанную в додекаэдр (фиг.5). После чего производят построение эквидистантной цилиндрической проекции изображения участка сферы, соответствующего каждому из 12 сенсоров. Фрагмент проекции сферического изображения на плоскость для изображений, полученных со смежных сенсоров 5 и 9, представлен на фиг. 11.Convert the Cartesian coordinates to spherical to obtain the projection of the image on the sphere inscribed in the dodecahedron (figure 5). After that, the equidistant cylindrical projection of the image of the area of the sphere corresponding to each of the 12 sensors is constructed. A fragment of the projection of a spherical image onto a plane for images obtained from adjacent sensors 5 and 9 is shown in FIG. eleven.

На следующем шаге каждое изображение в соответствии с полученными при вычислении адресами, определяющими местоположение отдельного пикселя на каждом изображении, поступает в память центрального вычислительного узла, в котором посредством программного обеспечения для построения эквидистантной цилиндрической проекции сферы, производят формирование составного панорамного изображения помещения, представленного на фиг. 12.In the next step, each image in accordance with the addresses obtained during the calculation, which determine the location of a single pixel in each image, is stored in the memory of the central computing node, in which, using the software for constructing an equidistant cylindrical projection of the sphere, a composite panoramic image of the room shown in FIG. . 12.

Для получения составного панорамного изображения для других видов правильных многогранников, например додекаэдра, гексаэдра, икосаэдра, октаэдра или тетраэдра, необходимо также использовать преобразование декартовых координат в сферические для получения проекции изображения на сферу, вписанную в соответствующий многогранник, с последующим построением эквидистантной цилиндрической проекции изображения.To obtain a composite panoramic image for other types of regular polyhedra, for example, a dodecahedron, hexahedron, icosahedron, octahedron or tetrahedron, it is also necessary to use the transformation of Cartesian coordinates to spherical to obtain the projection of the image onto a sphere inscribed in the corresponding polyhedron, with the subsequent construction of an equidistant cylindrical image projection.

Таким образом, возможность реализации способа с получением заявленного технического результата - высокого визуального качества цифрового панорамного изображения высокого разрешения - доказана.Thus, the possibility of implementing the method with obtaining the claimed technical result - high visual quality of a digital panoramic image of high resolution - is proved.

Claims (2)

1. Способ формирования цифрового панорамного изображения от нескольких источников, включающий обработку изображений, полученных с камер, расположенных на гранях правильного многогранника, путем обрезания каждого изображения под границы секции в виде правильного многоугольника, формирование составного сферического панорамного изображения с коррекцией полученных изображений, отличающийся тем, что сначала осуществляют коррекцию изображений, полученных с камер, расположенных на гранях правильного многогранника на основе модели векторной диаграммы поля путем коррекции искажений, вызванных объективом каждой цифровой камеры с учетом коэффициента дисторсии и коэффициента масштабирования изображения; обрезку изображений, полученных с сенсора каждой камеры, производят путем определения принадлежности каждого пикселя входного изображения вписанному в него правильному n-угольнику, где n равно от 3 до 5, затем вычисляют в областях перекрытия изображений при помощи метода SURF пары особых точек и дополнительно на основе аффинных преобразований осуществляют нелинейную деформацию каждого обрезанного изображения по данным о парах особых точек в областях перекрытия изображений, поступающих со смежных цифровых камер; далее для формирования составного панорамного изображения осуществляют расчет адресных матриц, определяющих местоположение и принадлежность отдельного пикселя каждого изображения граням правильного многогранника в декартовой системе координат, затем строят проекцию правильного многогранника на вписанную в него сферу, после чего посредством программного обеспечения для построения эквидистантной цилиндрической проекции сферы осуществляют сшивку изображений.1. A method of generating a digital panoramic image from several sources, including processing images obtained from cameras located on the edges of a regular polyhedron, by cropping each image below the section boundary in the form of a regular polygon, forming a composite spherical panoramic image with correction of the received images, characterized in that they first correct the images obtained from cameras located on the faces of a regular polyhedron based on the vector model hydrochloric field patterns by correcting distortions caused by the lens of each digital camera with the distortion coefficient and the coefficient zooming; cropping images received from the sensor of each camera is carried out by determining the ownership of each pixel of the input image to the correct n-gon inscribed in it, where n is from 3 to 5, then pairs of singular points are calculated in the areas of image overlap using the SURF method and additionally based on affine transformations carry out non-linear deformation of each cropped image according to pairs of singular points in the areas of overlapping images coming from adjacent digital cameras; then, to form a composite panoramic image, address matrices are calculated that determine the location and belonging of a single pixel of each image to the faces of the regular polyhedron in the Cartesian coordinate system, then the projection of the regular polyhedron onto the sphere inscribed in it is built, and then, using the software for constructing the equidistant cylindrical projection of the sphere, stitching images. 2. Способ формирования цифрового панорамного изображения по п. 1, отличающийся тем, что правильный многогранник может быть выполнен в виде додекаэдра, гексаэдра, икосаэдра, октаэдра или тетраэдра.2. The method of forming a digital panoramic image according to claim 1, characterized in that the regular polyhedron can be made in the form of a dodecahedron, hexahedron, icosahedron, octahedron or tetrahedron.
RU2016150169A 2016-12-20 2016-12-20 Method for generating a digital panoramic image RU2654127C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016150169A RU2654127C1 (en) 2016-12-20 2016-12-20 Method for generating a digital panoramic image

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016150169A RU2654127C1 (en) 2016-12-20 2016-12-20 Method for generating a digital panoramic image

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2654127C1 true RU2654127C1 (en) 2018-05-16

Family

ID=62153046

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016150169A RU2654127C1 (en) 2016-12-20 2016-12-20 Method for generating a digital panoramic image

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2654127C1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2684947C1 (en) * 2018-05-24 2019-04-16 Михаил Викторович Яковлев Method of omnidirectional registration of the image in the optical range
RU2706576C1 (en) * 2019-03-21 2019-11-19 Общество с ограниченной ответственностью "Ай Ти Ви групп" System and method of combining several video images into one panoramic video image
CN111746796A (en) * 2019-03-29 2020-10-09 B/E航空公司 Apparatus and method for providing attitude reference for vehicle occupants
CN112150359A (en) * 2020-09-15 2020-12-29 中国水利水电科学研究院 Unmanned aerial vehicle image fast splicing method based on machine learning and feature point identification
CN115423812A (en) * 2022-11-05 2022-12-02 松立控股集团股份有限公司 Panoramic monitoring planarization display method
RU2817511C1 (en) * 2023-08-30 2024-04-16 Общество с ограниченной ответственностью "ВИ АР КАСТ" Method of forming panoramic image using multifaceted system of sensors and system for its implementation

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2276808C2 (en) * 2004-04-29 2006-05-20 Закрытое акционерное общество "НПО Космического Приборостроения" Device for twenty-four-hour detection and monitoring of spread of fire centers in region
US20080240612A1 (en) * 2007-03-30 2008-10-02 Intel Corporation Non-overlap region based automatic global alignment for ring camera image mosaic
US20090202102A1 (en) * 2008-02-08 2009-08-13 Hermelo Miranda Method and system for acquisition and display of images
WO2016138043A1 (en) * 2015-02-24 2016-09-01 NextVR, Inc. Calibration for immersive content systems
US9497380B1 (en) * 2013-02-15 2016-11-15 Red.Com, Inc. Dense field imaging
US20160360104A1 (en) * 2015-06-02 2016-12-08 Qualcomm Incorporated Systems and methods for producing a combined view from fisheye cameras

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2276808C2 (en) * 2004-04-29 2006-05-20 Закрытое акционерное общество "НПО Космического Приборостроения" Device for twenty-four-hour detection and monitoring of spread of fire centers in region
US20080240612A1 (en) * 2007-03-30 2008-10-02 Intel Corporation Non-overlap region based automatic global alignment for ring camera image mosaic
US7961936B2 (en) * 2007-03-30 2011-06-14 Intel Corporation Non-overlap region based automatic global alignment for ring camera image mosaic
US20090202102A1 (en) * 2008-02-08 2009-08-13 Hermelo Miranda Method and system for acquisition and display of images
US9497380B1 (en) * 2013-02-15 2016-11-15 Red.Com, Inc. Dense field imaging
WO2016138043A1 (en) * 2015-02-24 2016-09-01 NextVR, Inc. Calibration for immersive content systems
US20160360104A1 (en) * 2015-06-02 2016-12-08 Qualcomm Incorporated Systems and methods for producing a combined view from fisheye cameras

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2684947C1 (en) * 2018-05-24 2019-04-16 Михаил Викторович Яковлев Method of omnidirectional registration of the image in the optical range
RU2706576C1 (en) * 2019-03-21 2019-11-19 Общество с ограниченной ответственностью "Ай Ти Ви групп" System and method of combining several video images into one panoramic video image
CN111746796A (en) * 2019-03-29 2020-10-09 B/E航空公司 Apparatus and method for providing attitude reference for vehicle occupants
CN111746796B (en) * 2019-03-29 2024-04-26 B/E航空公司 Apparatus and method for providing a gesture reference for a vehicle occupant
CN112150359A (en) * 2020-09-15 2020-12-29 中国水利水电科学研究院 Unmanned aerial vehicle image fast splicing method based on machine learning and feature point identification
CN112150359B (en) * 2020-09-15 2022-04-12 中国水利水电科学研究院 Unmanned aerial vehicle image fast splicing method based on machine learning and feature point identification
CN115423812A (en) * 2022-11-05 2022-12-02 松立控股集团股份有限公司 Panoramic monitoring planarization display method
RU2817511C1 (en) * 2023-08-30 2024-04-16 Общество с ограниченной ответственностью "ВИ АР КАСТ" Method of forming panoramic image using multifaceted system of sensors and system for its implementation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2654127C1 (en) Method for generating a digital panoramic image
US10521891B2 (en) Image processing apparatus, system, image processing method, and non-transitory recording medium
CN107424118A (en) Based on the spherical panorama mosaic method for improving Lens Distortion Correction
JP2017208619A (en) Image processing apparatus, image processing method, program and imaging system
KR101521008B1 (en) Correction method of distortion image obtained by using fisheye lens and image display system implementing thereof
WO2022206527A1 (en) Method for projection image correction and laser projection device
US10489885B2 (en) System and method for stitching images
CN107358577B (en) Rapid splicing method of cubic panoramic image
TWI602154B (en) Panoramic image stitching method and system thereof
JP6513234B2 (en) Image processing method and apparatus used for LED display
CN114697623B (en) Projection plane selection and projection image correction method, device, projector and medium
US11659294B2 (en) Image sensor, imaging apparatus, electronic device, image processing system, and signal processing method
TWI599809B (en) Lens module array, image sensing device and fusing method for digital zoomed images
CN111866523B (en) Panoramic video synthesis method and device, electronic equipment and computer storage medium
CN113989392A (en) Color chessboard calibration method and device of splicing camera and camera
KR101548236B1 (en) Color compansation method for 3D Image
CN112770095B (en) Panoramic projection method and device and electronic equipment
CN109785390B (en) Method and device for image correction
CN111860632B (en) Multipath image consistency fusion method
WO2022133683A1 (en) Mixed reality display method, mixed reality device, and storage medium
JP4554231B2 (en) Distortion parameter generation method, video generation method, distortion parameter generation apparatus, and video generation apparatus
CN116342445A (en) Method and system for fusing visible light image and infrared image
JP2003283916A (en) Digital camera
CN109785225B (en) Method and device for correcting image
CN114549666B (en) AGV-based panoramic image splicing calibration method