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        魚眼鏡頭全景影像可測量關(guān)鍵算法研究

        2016-01-26 01:45:26詹總謙
        測繪通報(bào) 2015年1期
        關(guān)鍵詞:相似三角形

        詹總謙,王 鑫,彭 敏

        (武漢大學(xué)測繪學(xué)院,湖北 武漢 430079)

        The Key Measurable Algorithm Research Based on Panoramic Image of

        Fish-eye Lens

        ZHAN Zongqian,WANG Xin,PENG Min

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        魚眼鏡頭全景影像可測量關(guān)鍵算法研究

        詹總謙,王鑫,彭敏

        (武漢大學(xué)測繪學(xué)院,湖北 武漢 430079)

        TheKeyMeasurableAlgorithmResearchBasedonPanoramicImageof

        Fish-eyeLens

        ZHANZongqian,WANGXin,PENGMin

        摘要:魚眼鏡頭具有短焦距、大視場的優(yōu)點(diǎn),在虛擬實(shí)景、視頻監(jiān)控、智能交通、機(jī)器人導(dǎo)航等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。隨著測繪科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,希望在廣視角圖片上有更多的信息,同時(shí)通過這些信息的獲取能夠更好地服務(wù)社會(huì)。魚眼鏡頭攝像機(jī)拍攝的影像具有非常嚴(yán)重的變形,需要通過一定的方法將其糾正。本文提出了一種基于球面模型魚眼影像畸變差修正、共線條件方程及相似三角形原理的全景影像可量測性方法,使全景圖像在測繪領(lǐng)域的應(yīng)用更加廣泛。

        關(guān)鍵詞:魚眼鏡頭;全景影像;球面模型;共線方程;相似三角形;可量測性

        一、引言

        隨著測繪技術(shù)和社會(huì)需求的不斷發(fā)展,全景相機(jī)及其360°全景影像已經(jīng)廣泛應(yīng)用于測繪生產(chǎn)和其他社會(huì)服務(wù)中[1]。然而,目前的全景影像主要充當(dāng)虛擬場景的角色,全景影像可視化軟件通常只提供漫游和查詢等功能,而基于影像的LBS(localbasedservice)則越來越受到人們的追捧[2]。

        從場景中獲取深度信息一直是機(jī)器視覺研究領(lǐng)域中最重要的問題之一[3]。地全景地圖系統(tǒng)是數(shù)字城市建設(shè)的重要組成部分, 它不僅對政府監(jiān)管部門在道路養(yǎng)護(hù)、城市管理及安保任務(wù)執(zhí)行等方面具有輔助作用,還能為社會(huì)公眾的出行提供便利[4]。

        魚眼鏡頭影像的改正和可量測算法是本文主要的研究問題[5]。在魚眼鏡頭影像變形改正中,通過一種球面模型將原始影像重新經(jīng)過一個(gè)投影以重新得到一幅改正以后的圖像,這幅圖像糾正了原始圖像的橫向和縱向的各種變形。另外一個(gè)重要技術(shù),是對改正后的影像通過相機(jī)中心、像方點(diǎn)、物方點(diǎn)三點(diǎn)共線的共線方程及相似三角形的方法提出一種簡單的、有效的測量方法。

        二、 魚眼圖像改正

        1. 球面模型原理及方法

        球面模型的成像方式簡單且校正起來比較容易。本文采用球面模型來改正魚眼鏡頭影像的變形[6]。如圖1所示,OZ為魚眼鏡頭的主光軸,XOY面是成像平面, f是焦距,O(0,0,0)為坐標(biāo)原點(diǎn),也是相機(jī)中心所處的位置,M(x,y,z)為空間一點(diǎn)。連接OM交球面于P,過P點(diǎn)作OZ的平行線交XOY面于點(diǎn)Q(x,y),點(diǎn)Q即為空間點(diǎn)M(x,y,z)的球面投影,圖中平面是切于鏡頭的一個(gè)平面,OM與其交于P′(x′,y′),O′(x′,y′)是切平面與主光軸OZ的交點(diǎn)。

        圖1 糾正模型

        在原始影像平面內(nèi),以圖像中心為原點(diǎn),Q點(diǎn)坐標(biāo)為(x,y),則Q到圖像中心的距離為

        (1)

        β=r/f

        (2)

        R=tanβ×f

        (3)

        P′在投影切平面以O(shè)′為中心的坐標(biāo)值為

        (4)

        式中,β為O′OP對應(yīng)的弧度;Q點(diǎn)對應(yīng)在投影切平面上P′點(diǎn)到圖片中心距離R。由以上4個(gè)公式可以推出由原始影像經(jīng)投影后,投影影像的高和寬分別為H、W。

        根據(jù)以上原理,也可以通過已知投影切平面上一點(diǎn)P′(x′,y′)的坐標(biāo)反算出該點(diǎn)對應(yīng)于原始影像上某一點(diǎn)的坐標(biāo)Q(x,y),以下是解算公式

        (5)

        式中,α為在投影切平面內(nèi)P′點(diǎn)跟OX′軸的夾角;S為P′點(diǎn)到圖像中心O′的距離;κ為O′OP對應(yīng)的弧度;L為在圖像原始平面內(nèi)P′對應(yīng)點(diǎn)Q到圖像中心的距離;x、y為對應(yīng)的橫縱坐標(biāo)值。

        2. 試驗(yàn)結(jié)果

        圖2和圖3分別為原始影像和經(jīng)過畸變糾正后的影像對比。

        圖2 原始影像

        圖3 糾正后影像

        本次試驗(yàn)使用的數(shù)據(jù)是全景相機(jī)ladybug3所采集的數(shù)據(jù),ladybug3相機(jī)采用的就是魚眼鏡頭,其焦距為3.3mm,像元大小為4.4×10-6m,拍攝時(shí)相機(jī)中心距地面的距離為1.205m。經(jīng)過重采樣[7],通過對圖2與圖3對比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)通過球面模型方法能很好地改正魚眼鏡頭帶來的變形。

        三、 全景影像可測量關(guān)鍵算法

        1. 全景可測量算法

        在全景測量中,根據(jù)在物方點(diǎn)、像點(diǎn)、相機(jī)中心在成像空間的特點(diǎn)——三點(diǎn)共線[8-9],提出一種簡單的相似三角形方法來解決全景測量技術(shù)問題。在全景測量中一共可以分為三種直線的距離測量,分別是:①地面任意兩點(diǎn)之間距離測量;②過地面某點(diǎn)豎直直線距離量測;③在某一豎直面內(nèi)非豎直線距離量測。不同的直線類型所用到的測量方法有所不同,但是基本思想都是攝影測量共線方程和三角形相似的原理。

        2. 地面任意兩點(diǎn)之間距離量測

        地面任意兩點(diǎn)之間的距離量測,根據(jù)圖4提出一種更簡單實(shí)用的方法。

        圖4 地面量測

        在圖4中,半圓代表魚眼鏡頭;S為投影切平面;S′為地面;A、B分別是圖像上的兩點(diǎn);O′為投影切平面的中心點(diǎn);A′、B′則是在地面上對應(yīng)的兩個(gè)物方點(diǎn);L1、L2分別是過兩物方點(diǎn)做沿相片橫向方向的垂直線。AO′的距離可以根據(jù)投影A點(diǎn)在投影切平面的縱坐標(biāo)位置y以及投影后影像高H來確定,公式如下

        O′A=|y-H/2|×d

        (6)

        (7)

        由于P為S平面與直線P′A′的交點(diǎn),所以P′P=f,OP=h(h為相機(jī)中心高)。由以上已知條件可以換算出

        L1=f×h/|yA×d-H/2×d|

        (8)

        L2=f×h/|yB×d-H/2×d|

        (9)

        (10)

        利用相似三角形,令A(yù)、B在投影切平面內(nèi)沿橫向方向到中心距離為m1、m2,令A(yù)′、B′在沿著相片橫向方向上到D的值為M1、M2

        (11)

        (12)

        因此

        由A′M和B′M可以得到地面任意兩點(diǎn)之間的距離

        (13)

        3. 豎直直線之間兩點(diǎn)之間的距離

        在過地面某一點(diǎn)與地面垂直的一條直線的距離也是可以直接量測的。這種直線的特點(diǎn)是與地面必須有一個(gè)交點(diǎn)且這個(gè)交點(diǎn)作為直線的一個(gè)端點(diǎn),如圖5所示。

        圖5 豎直量測

        在圖5中,O′M是與地面平行且垂直于A′B′的直線;A′、B′則是在地面上對應(yīng)的兩個(gè)物方點(diǎn);L1是過物方點(diǎn)A′做沿相片橫向方向的垂直線,因此利用式(8)即能求出L1的距離,定義L1為物方點(diǎn)A′到投影切平面的縱深距離,由于物方點(diǎn)B′與A′的連線與地面相互垂直,因此從圖2、圖3可以得出,B′到投影切平面的縱深距離也是L1。由相似三角形原理

        (14)

        由式(8)中L1的距離公式可以推出

        因此其豎直距離為

        (15)

        4. 在某一豎直面內(nèi)非豎直線距離量測

        任意豎直平面內(nèi)斜直線的距離量測是相對于其他方法來說最復(fù)雜的一種,從上述兩種直線的距離求解中不難發(fā)現(xiàn),求解距離的關(guān)鍵在于到投影切平面縱深距離的確定,如果兩物方點(diǎn)的縱深距離確定了,確定直線的距離根據(jù)相似三角形原理以及歐氏距離公式即可求解。如圖6所示。

        圖6 任意非豎直直線量測

        圖6中,S″是某任意與地面垂直的豎直平面;A′、B′是豎直平面內(nèi)任意某兩點(diǎn);L1、L2分別是過兩物方點(diǎn)做沿相片橫向方向的垂直線;L為豎直平面與地面的交線,過物方兩點(diǎn)分別作L的垂線交于a、b兩點(diǎn),過b點(diǎn)作L1的直線垂線交于n點(diǎn)。

        從圖6中無法直接求出兩物方點(diǎn)到投影切平面的縱深距離,但是不難發(fā)現(xiàn),A′、B′到投影切平面的距離等于a、b兩點(diǎn)到投影切平面的距離L1、L2,根據(jù)式(8)可知,即是要求得a、b對應(yīng)的縱坐標(biāo)。

        本文提出一種網(wǎng)格法:①在原始影像上確定S"與地面的相交線。首先在原始圖像上選取過這條相交線的兩個(gè)點(diǎn),然后根據(jù)式(1)—式(4)求出在投影切平面的坐標(biāo)以得出在地面的距離,即可求出這條相交線即L與投影切平面橫向的夾角,再在這兩點(diǎn)以某段距離分別向兩端作n次延伸,這時(shí)就有2n+2個(gè)地面點(diǎn),根據(jù)式(6)—式(12)反算出在投影切平面的坐標(biāo),根據(jù)式(5)反算出在原始圖像的坐標(biāo),將這些點(diǎn)連起來就是一條線,在原始圖片上應(yīng)該是沿著這條交線的曲線。②過這2n+2個(gè)點(diǎn)作地面垂線,然后以某段距離作n次延伸,同步驟①,根據(jù)式(14)和式(15)確定這2n+2個(gè)點(diǎn)的縱坐標(biāo),然后把這2n+2個(gè)點(diǎn)相連,在原始圖像上就有一個(gè)代表S"面的網(wǎng)格出現(xiàn)。③獲取S′面(地面)的網(wǎng)格。原理同步驟②,在確定完2n+2個(gè)點(diǎn)后,每個(gè)點(diǎn)對應(yīng)著一個(gè)到投影切平面的縱深L,只要再沿著這個(gè)縱深方向取某一個(gè)長度的距離選點(diǎn),根據(jù)式(1)—式(4)就能反算出這些點(diǎn)在投影切平面的坐標(biāo),然后再利用式(5)反算出在原始圖片上的坐標(biāo),最后,將這些點(diǎn)連接,即形成一個(gè)代表著地面的網(wǎng)格。

        (16)

        四、測量結(jié)果及分析

        1. 試驗(yàn)量測結(jié)果

        (1) 地面距離量測

        如圖7所示,圖(a)中的2.960 038是斑馬線的準(zhǔn)確距離,圖(b)、圖(c)是量測結(jié)果,圖(b)量測的斑馬線就是圖(a)中的斑馬線,而圖(c)中的斑馬線是與圖(a)中平行的一條斑馬線。

        (2) 垂直距離量測

        圖7 地面量測結(jié)果對比

        圖8 垂直量測結(jié)果對比

        在圖8中,圖(a)中的7.941 086是電線桿的準(zhǔn)確值,圖(b)、圖(c)是測量結(jié)果,這兩幅圖從不同的地方出發(fā)量測電線桿的高度,圖(b)和圖(c)的測量結(jié)果相差了近10cm左右,由于在圖(b)中是從電線桿臺階下面的路面開始測量,而在圖(c)中測量則是在臺階上從路燈的底部就開始測量,這兩個(gè)測量值之間實(shí)際上相差一個(gè)臺階的高度,從這個(gè)測量結(jié)果可以得出,臺階大概的高度為10cm左右。

        (3) 某豎直面內(nèi)非豎直直線量測

        圖9 非豎直直線量測

        2. 試驗(yàn)量測結(jié)果分析

        在上述3種直線的量測試驗(yàn)過程中,其試驗(yàn)結(jié)果說明通過本文使用的測量方法,測量誤差在10%以內(nèi),在地面直線、垂直于地面的豎直直線及任意豎直平面內(nèi)任意直線的量測結(jié)果都具有一定的可靠性。

        五、結(jié)束語

        在本次試驗(yàn)中,首次嘗試?yán)敏~眼鏡頭拍攝的影像資料進(jìn)行一定精度的近景量測,解決了魚眼鏡頭變形改正及近景量測兩個(gè)難題。在解決魚眼鏡頭

        變形問題中,利用球面投影的方法,將原始影像上的信息經(jīng)過一個(gè)以焦距f為半徑的球面投影可以較好地改正魚眼鏡頭的變形。在距離量測部分,首先利用攝影測量中的共線方程證明了全景可測量性,然后根據(jù)相機(jī)中心、像點(diǎn)、物方點(diǎn)三點(diǎn)共線的關(guān)系及相似三角形的原理用簡單易懂的方法得到直線的量測方法,使得全景圖像在測繪地理信息系統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用更加廣泛。

        參考文獻(xiàn):

        [1]向澤君,羅再謙,李波.基于連續(xù)全景影像航向與俯仰角速度的計(jì)算與應(yīng)用[J].測繪通報(bào),2012(9):48-54.

        [2]徐辛超,徐愛功,蘇麗娟.基于影像服務(wù)的LBS應(yīng)用研究[J].測繪通報(bào),2012(1):29-32.

        [3]陸斌,劉波.動(dòng)態(tài)全景圖像在模擬跟蹤測量中的應(yīng)用[J].微處理機(jī),2006(1):60-62.

        [4]伍春紅,游福成,楊揚(yáng).一種基于3維全景圖像技術(shù)的深度測量方法[J].中國圖象圖形學(xué)報(bào),2006,11(4):563-569.

        [5]WANGXF,FENGWJ,LIUQJ,etal.CalibrationResearchonFish-eyeLens[C]∥IEEEInternationalConferenceonInformationandAutomation.Harbin:IEEEComputerSociety,2010.

        [6]英向話,胡占義.一種基于球面透視投影約束的魚眼鏡頭校正方法[J].計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào),2003,26(12):1702-1708.

        [7]郝麗,孔祥維 .數(shù)字圖像重采樣檢測研究[D].大連:大連理工大學(xué),2010.

        [8]王佩軍,徐亞明.攝影測量學(xué)[M].武漢:武漢大學(xué)出版社,2010.

        [9]馮文灝.近景攝影測量[M]. 武漢:武漢大學(xué)出版社,2002.

        引文格式: 詹總謙,王鑫,彭敏. 魚眼鏡頭全景影像可測量關(guān)鍵算法研究[J].測繪通報(bào),2015(1):70-74.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2015.0014

        作者簡介:詹總謙(1978—),男,副教授,研究方向?yàn)閿?shù)字?jǐn)z影測量與計(jì)算機(jī)視覺。E-mail:543147143@qq.com

        基金項(xiàng)目:國家自然基金(41101418;41071292);國家科技支撐計(jì)劃(2012BAJ23B03)

        收稿日期:2013-12-30

        中圖分類號:P23

        文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B

        文章編號:0494-0911(2015)01-0070-05

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