全景成像技术(1)—概述
一、概述随着图像传感器和数字图像处理技术的快速发展,数字成像设备取得了极大的进步,其应用 也越来越广泛。就图像质量而言,从最开始仅仅只有几十万像素的低分辨率图像,到中期的 720P 、 1 080P 等百万级像素的图像,再到目前的千万级像素的高分辨图像,可以说,数字成像技术取得了跨越式的发展。然而,随着应用的不断扩大以及用户需求的不断提高,传统数字成像设备的缺点也逐渐地暴露出来,其视场较小的缺点开
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1、概述
随着图像传感器和数字图像处理技术的快速发展,数字成像设备取得了极大的进步,其应用 也越来越广泛。就图像质量而言,从最开始仅仅只有几十万像素的低分辨率图像,到中期的 720P 、 1 080P 等百万级像素的图像,再到目前的千万级像素的高分辨图像,可以说,数字成像技术取得了跨越式的发展。
然而,随着应用的不断扩大以及用户需求的不断提高,传统数字成像设备的缺点也逐渐地暴露出来,其视场较小的缺点开始成为限制其发展的瓶颈 而目前,越来越多的场合都要求获得大视场的图像,以便从中提取感兴趣的信息 故而,获得超大视场图像成为了成像领域一个新的热点问题。
针对这一新出现的应用需求,全景成像技术应运而生 那么 什么叫全景成像呢?所谓全景成像,是指采用特殊的成像装置或者拍摄手段来获取超大视角的一种成像技术。基于这种成像技术,能够获得水平和垂直方向上 1800 360 的超大视角的全景图像。全景成像技术能够一次性地提供所拍场 的全方位信息,使得人们有更多的时间用于后的图像处理。目前,全景成像技术在安防监控领域己经取得了较大的发展,在机器人导航、军事侦察等领域也开始发挥作用。
1.1全景成像
全景图像是可以表示水平方向 360。、垂直方向大到半球以上视场的场景图像。全景图像按基准表面的映射模型 般可分为球表面、立方体表面和圆柱面等几种类型,它是通过将所得原始图像投影到这些简单表面上完成的。
目前,一般存在三种全景图像 一种是球面全景图像 一种是多面体全景图像,还有一种是最常用的柱面全景图像。如图 -1 示,它们分别把视点空间看成是球体、立方体与圆柱体。球面全景与多面体全景均可反映空间中任意方向的场景,但处理它们的难度比较大 。柱面全景实际上是它们的简化形式, 如图 8-2 示。柱面全景没有顶盖与底盖两部分场景,限制了用户在垂直方向的观察角度,但在水平方向是 360。视角,能满足大部分应用的需, 柱面全景处理起来比球面全景和多面体全景简单得多,因而其应用比较广泛。

1.2全景成像方法
全景成像发展到现在,己成为了一项相对成熟的技术,就目前而言,全景成像方法主要有三种:拼接式全景成像、鱼眼全景成像以及折反射全景成像。
拼接式全景成像是全景成像技术刚刚提出时所采用的方法,通过用传统的相机拍摄 得到场景的多幅图像,然后基于拼接、融合技术,合成得到场景的全景图像。拼接式 景成像的具体方法有两种, 一种是采 一个相机,通过旋转相机对不同方向进行拍摄, 从而获得多幅场景图像。这种方法简单易行,能够获得高分辨率的全景图像 ,但是由于 成像速度缓慢,不具有实时性 种是采用多个相机,同时对多个方向同时进行拍摄, 从而获得 幅场景图像 这种方法能够满足实时性的要求,也能获得高分辨率的全景图 像,但是整个宗统较为复杂,而且由于使用了多个相机 其成本也比较高昂。不管是采 个相机进行旋转拍摄,还是采用多个相机同时拍摄,其目的都是为了采集得到包含 整个场景信息的多幅图像,最后再合成得到全景图像。
鱼眼全景成像利用超广角物镜来实现全景成像 超广角物镜的焦距非常短,通常为 6mm 16mm ,因此能够获得接近 180。视场角的半球面场景。而且,由于它采用凝视方式进行拍摄,不需要旋转移动,因此具有较好的隐蔽性。然而,这种全景成像方法存在个缺点,它拍摄获得的图像存在极大的桶形畸变,即图像的中心区域景物保持不变,而其他本应 水平和垂 物则沿各个方向从中心向外辐射,形成鱼眼效果。因此,想要对拍摄得到的鱼眼全景图像进行显示观察,需要事先进行畸变校正,将之校正为符合人眼观察习惯的全景图像。此外,由于这类系统的结构复杂 ,设计难度大,想要再增大其拍摄视场己经十分困难 目 前,鱼眼全景成像技术己经比较成熟,大量的鱼眼全景成像设备出现在市场。
折反射全成像是将常规成像设备和反射光学元件相结合的成像技术,利用反射光学元件的反射特性来扩大成像设备的视场,从而能够获得水平方向 360。和垂直方向一定角度的全景图像 这里的反射光学元件通常指的是各种类型的反射镜,如球面反射镜、圆锥面反射镜、椭球面反射镜、抛物面反射镜以及双曲面反射镜等。根据投影模型的不同,折反射全成像系统可分为基于透视投影成像模型的系统和基于平行投影成像模型的系统。根据是否满足单视点成像约束,又可分为单视点成像系统和非单视点成像系统由于折反射全景成像能够获得大于半球空间的大视场,同时系统结构较为简单,设计较为灵活,成本也比较低,近年来得到了越来越广泛的研究和应用,己经成为了当前全成像技术研究的主流方向。
具体方法后面介绍
具体请参考《计算摄影学基础》
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