Алгоритмы формирования кругового панорамного изображения в системе разнесенных в пространстве видеокамер

• Автор: Толкачев, Данил Сергеевич
• Шифр специальности: 05.12.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Таганрог
• Количество страниц: 136 с. : ил.

Содержание
Введение
1 Системы и алгоритмы формирования панорамного видеоизображения
1.1 Системы формирования панорамного видеоизображения
1.2 Алгоритмы формирования панорамного изображения в системе из нескольких камер
1.3 Прямые методы оценки параметров совмещения
1.3.1 Выбор метрики
1.3.2 Использование гауссовой пирамиды
1.4 Методы оценки параметров совмещения на основе точечных
особенностей
1.4.1 Поиск н сопоставление особых точек на изображении
1.4.2 Модели совмещения изображений
1.4.3 Оценка параметров модели
1.5 Совмещение изображений с использованием многомастптаб-
ного представления
Выводы
2 Модель формирования панорамного изображения с учетом параллакса
2.1 Модель камеры
2.1.1 Проективная модель камеры
2.1.2 Внешние и внутренние параметры камеры
2.1.3 Геометрические искажения камеры
2.2 Модель системы кругового обзора
2.3 Панорамные проекции
2.3.1 Азимутальные проекции
2.3.2 Цилиндрические проекции
2.4 Представление ориентации камеры
2.5 Геометрическое преобразование изображений

2.5.1 Функция прямого обратного отображения
2.5.2 Функция прямого отображения
Выводы
3 Калибровка системы кругового обзора
3.1 Калибровка внутренних параметров камеры
3.2 Калибровка системы из двух камер
3.3 Калибровка системы из п камер
3.4 Привязка к абсолютным значениям
Выводы
4 Экспериментальное определение параметров системы кругового обзора
4.1 Повышение точности калибровки внешних параметров камеры
4.2 Экспериментальная проверка алгоритма калибровки системы камер
4.3 Формирование панорамного изображения
4.4 Построение и отображение траектории движения
4.5 Аппроксимация таблиц геометрических преобразований с помощью полиномов
Выводы
Заключение
Условные обозначения и определения
Библиографический список

Введение
Актуальность работы
Развитие и распространение средств регистрации, обработки и хранения изображений формирует широкий интерес к системам автоматического построения панорамных изображений. Благодаря возможности полностью отобразить пространство вокруг наблюдателя, панорамное изображение позволяет обеспечить убедительный эффект присутствия. По этой причине многие компании предоставляют виртуальные туры музеев, выставок, улиц, основанные на панорамном представлении сцен окружающего мира.
В связи с тем, что техника представления окружающего мира в виде панорамы имеет широкое применение и долгую историю, множество научных и технических направлений пересекается в этой области: фотография, оптика и фотограмметрия изначально, обработка изображений и техническое зрение в последствии. Среди ученых, оказавших заметное влияние на развитие алгоритмов формирования панорамных изображений, можно назвать Лукаса и Канаде (B.D. Lucas, T. Kanade), сформировавших идеи оптического потока; Д. Лоуи (D. Lowe), развившего их идеи и разработавшего алгоритм поиска и описания локальных особенностей изображения SIFT; Р. Зелински (R. Szelinski), систематизировавшего и дополнившего имеющиеся знания по формированию панорамных изображений; Р. Хартли и А. Зиссермана (R. Hartley, A. Zisserman), описавших геометрические зависимости между сценой и ее изображением.
Преимущества панорамного представления предполагают естественной установку систем кругового панорамного обзора на мобильные платформы (автомобили, роботизированные платформы) для облегчения задач вождения или осуществления удаленного управления транспортным средством. Вместе с тем, имеются определенные технические трудности, ограничивающие применение подобных систем.
Во-первых, существующие алгоритмы формирования панорамных изображений в основном рассчитаны на работу со статическими изображениями, а не видеопоследовательностями. Следовательно, без доработки имеющиеся алгоритмы не позволяют формировать панорамное изображение в режиме

Также отметим, что круглые скобки при записи координат используются

для краткости, а запись (ж, у, 1) соответствует вектор-столбцу [х, у, 1] .
В общем виде плоское двумерное преобразование записывается в следующем виде:
х = Нх, (1.5)
где Н € М3х3 —матрица проективного преобразования, называемая также матрицей гомографии [55, с. 398]. Эта матрица определена с точностью до масштаба, поэтому часто предполагают, что /гзз = 1:
h\ h2 hn
fl2l h 22 h 23 (1.6)
hsi hz2
В зависимости от числа степеней свободы двумерные плоские преобразования подразделяются на группы, которые можно представить в иерархическом порядке, где каждая следующая группа является надмножеством предыдущей [63, с. 33]:
— перенос — простейшее преобразование, описывающееся выражением
x' = [I|t]x, (1.7)
где I е К2х2— единичная матрица, t = (tx,ty) — вектор переноса; это преобразование сохраняет ориентацию и обладает двумя степенями свободы (две координаты сдвига tx и ty)
— «жесткая» трансформация включает в себя перенос и вращение и описывается выражением
x' = [R|t]x, (1.8)
где R — матрица поворота на угол в вида
cos в — sin О

sin 9 cos в
в результате этого преобразования, обладающего тремя степенями свободы, не изменяются длины отрезков;
(1.9)