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绪论第一章 1.1 图像拼接技术的研究背景及研究意义

图像拼接(image mosaic)是一个日益流行的研究领域，他已经成为照相绘图学、计算机视觉、

图像处理和计算机图形学研究中的热点。图像拼接解决的问题一般式，通过对齐一系列空间重叠

的图像，构成一个无缝的、高清晰的图像，它具有比单个图像更高的分辨率和更大的视野。

早期的图像拼接研究一直用于照相绘图学，主要是对大量航拍或卫星的图像的整合。近年来随

着图像拼接技术的研究和发展，它使基于图像的绘制（IBR）成为结合两个互补领域——计算机

视觉和计算机图形学的坚决焦点，在计算机视觉领域中，图像拼接成为对可视化场景描述（Visual

Scene Representaions）的主要研究方法：在计算机形学中，现实世界的图像过去一直用于环境贴

图，即合成静态的背景和增加合成物体真实感的贴图，图像拼接可以使 IBR 从一系列真是图像

中快速绘制具有真实感的新视图。

在军事领域网的夜视成像技术中，无论夜视微光还是红外成像设备都会由于摄像器材的限制而

无法拍摄视野宽阔的图片，更不用说 360 度的环形图片了。但是在实际应用中，很多时候需要

将 360 度所拍摄的很多张图片合成一张图片，从而可以使观察者可以观察到周围的全部情况。

使用图像拼接技术，在根据拍摄设备和周围景物的情况进行分析后，就可以将通过转动的拍摄器

材拍摄的涵盖周围 360 度景物的多幅图像进行拼接，从而实时地得到超大视角甚至是 360 度角

的全景图像。这在红外预警中起到了很大的作用。

微小型履带式移动机器人项目中，单目视觉不能满足机器人的视觉导航需要，并且单目视觉机

器人的视野范围明显小于双目视觉机器人的视野。利用图像拼接技术，拼接机器人双目采集的图

像，可以增大机器人的视野，给机器人的视觉导航提供方便。在虚拟现实领域中，人们可以利用

图像拼接技术来得到宽视角的图像或 360 度全景图像，用来虚拟实际场景。这种基于全景图的

虚拟现实系统，通过全景图的深度信息抽取，恢复场景的三维信息，进而建立三维模型。这个系

统允许用户在虚拟环境中的一点作水平环视以及一定范围内的俯视和仰视，同时允许在环视的过

程中动态地改变焦距。这样的全景图像相当于人站在原地环顾四周时看到的情形。在医学图像处

理方面，显微镜或超声波的视野较小，医师无法通过一幅图像进行诊视，同时对于大目标图像的

数据测量也需要把不完整的图像拼接为一个整体。所以把相邻的各幅图像拼接起来是实现远程数

据测量和远程会诊的关键环节圆。在遥感技术领域中，利用图像拼接技术中的图像配准技术可以

对来自同一区域的两幅或多幅图像进行比较，也可以利用图像拼接技术将遥感卫星拍摄到的有失

真地面图像拼接成比较准确的完整图像，作为进一步研究的依据。

从以上方面可以看出，图像拼接技术的应用前景十分广阔，深入研究图像拼接技术有着很重要的

意义

1.2 图像拼接算法的分类

图像拼接作为这些年来图像研究方面的重点之一，国内外研究人员也提出了很多拼接算法。图

像拼接的质量，主要依赖图像的配准程度，因此图像的配准是拼接算法的核心和关键。根据图像

匹配方法的不同仁阔，一般可以将图像拼接算法分为以下两个类型：

（1) 基于区域相关的拼接算法。

这是最为传统和最普遍的算法。基于区域的配准方法是从待拼接图像的灰度值出发，对

待配准图像中一块区域与参考图像中的相同尺寸的区域使用最小二乘法或者其它数学方法计算

其灰度值的差异，对此差异比较后来判断待拼接图像重叠区域的相似程度，由此得到待拼接图像

重叠区域的范围和位置，从而实现图像拼接。也可以通过 FFT 变换将图像由时域变换到频域，

然后再进行配准。对位移量比较大的图像，可以先校正图像的旋转，然后建立两幅图像之间的映

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