基于相對定向的數(shù)碼相機影像鑲嵌技術(shù)

摘 要：針對數(shù)碼相機拍攝的有一定重疊度的數(shù)字影像，利用二維直接線性變換糾正變形誤差，然后采用相對定向的方法進行鑲嵌，取得了較好的效果。

關(guān)鍵詞：相對定向 影像鑲嵌 二維直接線性變換

中圖分類號：TP2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）05（a）-0003-02

數(shù)碼相機時光、機、電一體化產(chǎn)品，能直接生成數(shù)字影像，在計算機內(nèi)可進行處理?；谶@些優(yōu)點，普通數(shù)碼相機正被廣泛的應用在諸多領(lǐng)域。將數(shù)碼相機拍攝的影像中兩幅以上的具有部分重疊的圖像進行無縫拼接從而得到較高分辨率或?qū)捯暯堑膱D像的技術(shù)稱為影像鑲嵌，該技術(shù)可用于獲得大面積目標的影像。

現(xiàn)階段主要的鑲嵌方法有利用幾何糾正的方法搜索重疊區(qū)域，進行輻射校正，多尺度插枝等技術(shù)實現(xiàn)航空像片的無縫自動鑲嵌[1]；利用重疊區(qū)域選擇控制點，按控制點追蹤進行鑲嵌，采用遞推式灰度調(diào)整保證灰度圓滑[2，3]；利用相位相關(guān)算法獲得兩幅圖像的大致重合位置后，通過Harris特征跟蹤算子獲得大量的對應特征點，然后利用最小中值二乘法來剔除前面匹配過程中的局外點[4]；針對序列影像，在旋轉(zhuǎn)量很小的情況下，使用圖像配準技術(shù)，把二幅圖像合成同一坐標系下的圖像，進而再把這幅圖像與另一幅圖像合成一幅圖像，最終把一個同一場景的序列圖像合成為統(tǒng)一坐標系下的全維場景[5]。

以上的這些方法建立的相鄰兩張影像的幾何關(guān)系時都是簡單的線性變化或仿射變化模型，并考慮攝影時幾何關(guān)系。本文給出了一種基于相對定向技術(shù)的影像鑲嵌方法，建立了嚴格的攝影幾何模型。本文首先利二維直接線性變換糾正相片變形誤差，然后采用相對定向的方法確定鑲嵌參數(shù)，最后近行二維影像鑲嵌。

1 影像變形改正方法

數(shù)碼相機拍攝的影像變形主要包括光學鏡頭畸變和機械誤差，其中光學畸變包括徑向畸變和離心畸變。這些畸變對影像鑲嵌的影響很大，因此在鑲嵌前，必須糾正影像的變形。本文采用的是二維直接線性變換方法糾正影像變形。

數(shù)字影像的是掃描坐標與像片平面坐標系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系可由仿射變形實現(xiàn)，如公式（1）所示。

2 基于相對定向的數(shù)字影像鑲嵌的原理

影像鑲嵌的核心是根據(jù)相鄰影像的同名點求出影像的配準模型，根據(jù)配準模型重采樣得到鑲嵌影像。本文采用的配準模型是攝影測量的相對定向模型。

（1）數(shù)字影像相對定向。

相對定向元素是確定相鄰兩張像片相互位置關(guān)系所必需之元素，其目的是通過相鄰兩張像片中一張像片相對于另一張像片的平移和旋轉(zhuǎn)，從而達到恢復兩張像片攝影瞬間的相對位置，建立與相應地表相似的數(shù)學模型。相對定向元素的解求通常通過列共面條件方程，列誤差方程繼而通過法方程來解算。本文采用的是連續(xù)法相對定向，即以左影像為基準，采用右影像的直線運動和角運動實現(xiàn)相對定向，其定向元素為（bY，bZ，φ，ω，κ）。

采用共面條件（共面條件方程）：

（2）基于相對定向結(jié)果鑲嵌。

相對定向元素解求之后，相鄰像對間的相互關(guān)系也就確定了。當模型基線bx為相鄰像對左右視差時，可認為像對上同名點重合。因此左片上點的像空輔坐標可表示為：

同時也右片上該點的像空輔坐標，根據(jù)共線方程，可求得左片上（x1，y1）在右片的同名點為：

3 試驗結(jié)果

4 結(jié)論

實驗表明，本文的方法對數(shù)碼相機拍攝的固定焦距的序列影像能很好的鑲嵌。由于采用了嚴格的相對定向模型，鑲嵌的精度較高。同名點的選擇對鑲嵌的精度影響很大，如何自動的在信息很相似的影像上提取同名點是今后研究的重點。

參考文獻

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