一種基于基準(zhǔn)視場(chǎng)擴(kuò)散拼接的全景圖像投影方法

晏細(xì)蘭

(廣州番禺職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程學(xué)院，廣東 廣州 511483)

在小規(guī)模陣列全景中，最優(yōu)基準(zhǔn)視場(chǎng)選擇方法和基于視場(chǎng)單源最短路徑樹形變量最小的投影路徑選擇準(zhǔn)則可在大規(guī)模高分辨率全景拼接中獲得了比較好的效果[1]。不過在目前全景規(guī)模越來越大的情況下，投影路徑越來越長，路徑中投影誤差累加越加明顯，這就需要一種能夠抑制投影累積誤差的投影方法。本文詳細(xì)闡述了擴(kuò)散式全景圖像投影方法，擴(kuò)散式全景圖像投影解決了原來單源路徑投影會(huì)因路徑過長而放大誤差的問題。

1 單源通路投影

生成一個(gè)完整的全景圖像，需要把所有視場(chǎng)都投影到一個(gè)統(tǒng)一坐標(biāo)空間里面。雖然全景中并不是所有視場(chǎng)都是相鄰的，但是在知道全景拓?fù)淇臻g關(guān)系和相鄰視場(chǎng)的投影關(guān)系后，可以利用投影關(guān)系的傳遞性把所有視場(chǎng)都投影到一個(gè)基準(zhǔn)視場(chǎng)。在全景圖像拼接方面，文獻(xiàn)[2]研究了多攝像機(jī)全景視頻生成中基準(zhǔn)視場(chǎng)的確定方法，提出了單源最短路徑投影算法和基于視場(chǎng)相異邊界距離度量的全景圖像融合算法。單源路徑的思想是在基準(zhǔn)視場(chǎng)方向上的多個(gè)相鄰視場(chǎng)中尋找一個(gè)最優(yōu)的視場(chǎng)作為視場(chǎng)通路，這時(shí)該視場(chǎng)與非最優(yōu)相鄰視場(chǎng)的投影關(guān)系變成了一個(gè)繞回基準(zhǔn)視場(chǎng)的通路，如圖1 所示。

圖1 單源通路投影

其中視場(chǎng)0 為基準(zhǔn)視場(chǎng)，箭頭為兩條獨(dú)立的投影路徑。只討論視場(chǎng)5 與相鄰領(lǐng)域的投影關(guān)系，在直接圖像投影式，視場(chǎng)5 與視場(chǎng)4 和2 的投影關(guān)系如式(1)：

經(jīng)過基準(zhǔn)視場(chǎng)投影后，視場(chǎng)4 與視場(chǎng)5 的投影關(guān)系沒變，但視場(chǎng)2 與視場(chǎng)5 的投影關(guān)系變成了式(2)：

可知，視場(chǎng)2 與視場(chǎng)5 的投影關(guān)系將會(huì)累加兩條路徑上的所有誤差，視場(chǎng)2 和視場(chǎng)5 的局部合成效果將會(huì)變得非常不穩(wěn)定。

2 基于擴(kuò)散思想的投影方式

為了減少誤差累積，視場(chǎng)投影不能只考慮相鄰位置中最優(yōu)的一個(gè)投影視場(chǎng)，必須考慮其周圍領(lǐng)域通路的所有視場(chǎng)，本文提出一種基于擴(kuò)散思想的投影方式。如圖2 所示。

圖2 全景四領(lǐng)域擴(kuò)散示意圖

擴(kuò)散方式可以為八領(lǐng)域擴(kuò)散和四領(lǐng)域擴(kuò)散，考慮到四鄰域的公共視場(chǎng)要比對(duì)角領(lǐng)域大、投影誤差小的特質(zhì)，本方法采用四領(lǐng)域擴(kuò)散。擴(kuò)散時(shí)先把基準(zhǔn)視場(chǎng)標(biāo)記為第0 層，然后標(biāo)記第0 層的四鄰域視場(chǎng)為第1 層，如此類推，直到所有視場(chǎng)都標(biāo)記完畢。標(biāo)記完畢后將各層由小到大開始投影，投影流程如圖3 所示。

圖3 擴(kuò)散式投影流程圖

擴(kuò)散式拼接實(shí)質(zhì)上是考慮局部最優(yōu)的過程，如圖4 所示，圖像拼接時(shí)把周圍圖像因素考慮進(jìn)去，使得圖像與周圍圖像的拼接誤差平均化，從而減少了圖像與周圍圖像的視覺誤差。

圖4 擴(kuò)散式拼接

對(duì)一個(gè)2×6 的全景分布用單源路徑與擴(kuò)散式拼接，基準(zhǔn)都設(shè)為左下角(0,0)。對(duì)于處于兩個(gè)拼接路徑末端的區(qū)域，其拼接效果在使用單源路徑時(shí)會(huì)出現(xiàn)比較大的誤差，而使用擴(kuò)散式拼接雖然仍具有一定誤差，但效果要比單源路徑拼接要好。因此，單源路徑拼接保證了路徑上拼接最優(yōu)，但是路徑與路徑之間拼接誤差被放大。擴(kuò)散式拼接同時(shí)考慮了周圍信息，使得拼接局部最優(yōu)。不過擴(kuò)散式的投影方法防止了局部誤差過大的問題，實(shí)質(zhì)上是一種局部的誤差平均方法，然而，隨著離基準(zhǔn)視場(chǎng)的距離增大，局部整體誤差依然在增大。由此，在考慮減少局部誤差同時(shí)，也要全局投影誤差最小，并且不能使用單一視場(chǎng)為基準(zhǔn)，可以考慮使用多基準(zhǔn)視場(chǎng)或者計(jì)算出一個(gè)全景空間統(tǒng)一的投影基準(zhǔn)坐標(biāo)系，使得投影變換全局最優(yōu)。

3 結(jié)論

本文針對(duì)單源路徑拼接在全景拼接中具有誤差放大的問題，提出更適合大規(guī)模全景拼接的擴(kuò)散式拼接方法，該方法能夠有效減少全景的局部投影誤差。