基于相机平移模式下的图像拼接技术研
究
1 引言自然界是一个丰富的信息源,但由于单一相机视场范围的限制,无法一
次拍摄出视角宽广的视场。近年来,随着生物科学的发展,人们对于昆虫复眼
结构及成像机理的认识更为透彻。根据现有的实验结果,昆虫复眼由按固定方
式排列的许多小的单眼组成,每个小眼都对应一个相应的小视场,每个小视场
又有一部分相互重叠,从而构成昆虫复眼广视场角的特征,然后经昆虫神经系
统处理得到完整的视场信息,人们借鉴“蝇眼”的成像机理,将多个
1 引言
自然界是一个丰富的信息源,但由于单一相机视场范围的限制,无法一
次拍摄出视角宽广的视场。近年来,随着生物科学的发展,人们对于昆虫复眼
结构及成像机理的认识更为透彻。根据现有的实验结果,昆虫复眼由按固定方
式排列的许多小的单眼组成,每个小眼都对应一个相应的小视场,每个小视场
又有一部分相互重叠,从而构成昆虫复眼广视场角的特征,然后经昆虫神经系
统处理得到完整的视场信息,人们借鉴“蝇眼”的成像机理,将多个相机放置
在不同位置获取图像。不同位置的相机覆盖含有目标物体的整个视场,往往得
到一组序列图像,然而这些图像中存在大量冗余信息,如何简单有效地表示真
实世界成为目前研究的热点。
图像拼接技术就是对一组相互间存在重叠区域的图像序列实施配准,最
后拼接成一幅包含这组图像序列信息的宽视场、完整的新图像的技术。图像拼
接包含图像的预处理、最佳拼接缝的定位及图像的平滑过渡 3 个过程。
2 图像拼接技术
这里是在焦距、光照等不变的情况下通过拼接沿水平和垂直方向移动相
机拍摄到的静态图像来模拟复眼成像的、基本过程。由于各个相机(“小眼”)
的放置位置是按照一定规则设置的,且相机移动放置过程中整个系统的光学参
数和工作时的物距一定,因此所获得的不同位置的 4 幅图的重叠比例也是一定
的。图 1 为所获取的相邻 4 幅图像的关系示意图。
获取图像后,首先对图像进行边缘检测的预处理,并确定相邻图像在高
度、宽度上的重叠程度,利用图像重叠区域对应像素点灰度值的相似性对图像
进行配准,最后对配准后的图像进行平滑拼接,得到一个大视场范围的全景
图。
2.1 图像预处理
由于这里所采集的图像不是在同一时刻同一地点拍摄得到的,光照度的
不均以及曝光强度的不同导致在不同角度采集到的 4 幅图像的灰度值会有不同
程度的偏移。而且拍摄时不可避免的出现各种噪声、畸变和对比度降低等状
况,也会导致图像中包含的有效信息减少,如果直接对所采集的图像进行匹