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基于未校准照片构造全景图的新方法-人机交互与虚拟现实研究中心
2002年 工 程 图 学 学 报 2002
第3期 JOURNAL OF ENGINEERING GRAPHICS No.3
基于未校准照片构造全景图的新方法
孟祥旭 杨承磊
(山东大学计算机科学与技术学院,济南 250100 )
摘 要:提出一种基于未校准的系列照片构造全景图的新方法,该组照
片可采用普通三脚架/数码相机在固定地点拍摄。采用普通三角架通过旋转角度拍
摄的照片难以保证轴心一致性,可能出现图像扭曲、交叠和倾斜,照片之间可能
有一定色差,因此,在图像的拼接和建立全景图方面难度大。文中采用特征匹配
技术实现照片的拼接,通过照片的定位拼接、相邻照片颜色亮度的协调实现全景
图的构建。该算法所生成的全景图效果好,计算速度快,已得到实际应用。它可
广泛应用于Web 环境下的基于图像的虚拟场景构造等方面。
关 键 词:全景图;特征匹配;虚拟场景
中图分类号:TP 391
文献标识码:A 文 章 编 号:1003-0158(2002)03-0110-05
虚拟现实是指用显示头盔、数据手套等一系列传感辅助设备来实现的一种三维现实。人
们通过这些设施以自然的方式(如头的转动、手的运动等)向计算机送入各种动作信息,并
且通过视觉、听觉以及触觉设施使人们得到三维的视觉、听觉及触觉等感觉世界。随着人们
不同的动作,这些感觉也随之改变。事实上,虚拟实现技术不仅仅是指那些戴着头盔和手套
的技术,而且还应该包括一切与之有关的具有自然模拟、逼真体验的技术与方法,它的根本
目标就是达到真实体验和基于自然技能的人机交互,能够达到或者部分达到这样目标的系统
就称为虚拟现实系统。构建一个虚拟现实系统的重要步骤是将现实世界中物体的特征属性加
以抽取,通过建模构造虚拟环境。
在基于图像绘制的虚拟现实系统中,从一组相互交叠的照片构造三维场景的全景图
(Panorama )是建模的关键。照片的获取可以通过特殊摄像设备(如:全景图照相机、鱼眼
镜头的照相机)或普通照相机、摄像机等。将场景中相邻的照片精确缝合形成视点对周围环
[1] [2]~[4]
境的 360 °的视图是需要解决的主要问题。相邻照片的拼接可以采用人机交互 或自动
方法完成。为了使得图像拼接得以简化,通常的做法是采用专用拍摄装备从一个视点(投影
中心)摇动相机在空间环绕 360°拍摄照片,这种方式获取的图像可以简单地拼接成为一幅
收稿日期:2002-05-20
基金项目:国家自然科学基金资助项目);教育部高等学校优秀青年教师教学科研奖励计划基金资助项目
作者简介:孟祥旭(1962-),男,山东龙口人,教授,博士,主要研究领域为计算机图形学、人机交互与虚拟现实、图像
处理。
第3期 孟祥旭等:基于未校准照片构造全景图的新方法 ·111·
全景图像。拍摄全景图像的专用设备价格昂贵,使用复杂。针对基于图像的VR 应用,在不
使用专门的拍摄和校准设备而仅使用普通相机拍摄照片的情况下,从一系列未校准的图像构
建全景图,该方法允许使用手持相机拍照,对照片的对比度不要求一致。
图像配准技术的研究已有很长的历史,其主要方法有两种:① 基于两幅图像的亮度差最
[4]
小 ,这类方法主要考虑两幅相邻图像的亮度一致性,它不需要考虑图像的特征提取和特征
匹配问题。由于亮度匹配的局部性,它不适合于像素偏移很大的情况;② 基于特征的方法,
首先从两幅图像中选择一系列特征,然后根据相似性原则进行图像间的特征匹配,最后采用
优化过程计算从一幅图像到另一幅的变换。特征点可以是图像的角点、封闭轮廓线的中心、
纹理特征点或其他的突出点。一般来说,如果在第1 幅图像中以特征点A 为中心的窗口与第
2 幅图像中以特征点B 为中心的同样大小的窗口内容相似, 那么,两个特征点被认为是匹配
的。这种特征匹配方法称为
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