基于图像绘制的全景图生成方法研究

摘要

当今随着计算机视觉技术的快速发展，虚拟现实技术已经成为目前计算机领域的一个非常活跃的研究课题。基于图像绘制的柱面全景图生成技术作为一种构造虚拟现实的全新生成方法，无需进行复杂繁琐的建模工作，同时无需运用专业的镜头进行图像的摄取，利用普通数码相机拍摄到的图像即可完成全景图的生成。基于图像绘制的柱面全景图生成技术因具备以上特点而越来越受到人们的关注。
　　 本文就基于图像绘制的柱面全景图生成方法展开了研究，借鉴之前研究者所取得研究成果，重点对柱面全景图生成过程中的图像匹配环节进行了详细的研究。对当前流行的图像匹配算法进行了研究，并对传统算法进行了尝试性改进，并将改进的算法应用于柱面全景图的生成之中。本文的主要工作如下:
　　 (1)对当前使用较广的特征匹配算法——尺度不变性变换(SIFT)方法进行了研究。该方法能够在待匹配图像发生尺度变化以及旋转变化时检测出图像的特征点。同时该算法对图像光照变化、噪声污染等均具备良好的鲁棒性。针对传统SIFT算法构造的特征描述算子维度过大，影响算法的匹配效率的问题。本文在构造特征描述算子的过程中引入了Walsh-Hadamard内核投影技术。改进的SIFT算法能够有效地降低构建出的SIFT特征描述算子的维度。随后进行的仿真实验结果表明，改进的SIFT算法能够在一定程度上提高算法的匹配效率。本文将改进后的SIFT算法应用于柱面全景图的生成过程中，得到了效果较为理想的大视角全景图像。
　　 (2)对加速鲁棒性特征(SURF)算法进行了研究与分析。SURF算法与SIFT算法性能相近，但是SURF算法比SIFT算法的匹配效率更高，因此可以用来完成比灰度图像信息量更大的彩色图像的匹配。为了提高彩色图像匹配的匹配效率，本文提出一种基于加速分割检测特征(FeaturesfromAcceleratedSegmentTest，FAST)和SURF算法的图像匹配方法，将改进后的FAST算法用于传统SURF算法的特征点检测环节。随后进行的仿真实验结果表明改进后的SURF算法能够在一定程度上提高匹配效率，并能够得到效果较为理想的彩色全景图。

目录

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摘要

插图索引

附表索引

第一章 绪论

1．1 基于图像的绘制的全景图像生成技术的研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 本文主要研究内容

1．4 本文的结构安排

第二章 柱面全景图生成理论基础

2．1 全景图生成的一般流程

2．2 图像的获取

2．3 图像的坐标系统与成像模型

2．4 图像预处理

2．5 柱面正投影和反投影算法

2．6 柱面全景图像匹配

2．7 图像变换的求解及优化

2．7．1 图像变换的求解

2．7．2 图像变换的优化

2．7．3 数据的重采样

2．8 柱面全景图像拼接

2．9 本章小结

第三章 基于SIFT算法的柱面全景图生成方法研究

3．1 引言

3．2 SIFT特征点匹配算法理论基础

3．2．1 尺度空间的极值检测

3．2．2 特征点的精确定位

3．2．3 特征点主方向的确定

3．2．4 特征描述算子的构造

3．2．5 特征点的匹配

3．2．6 特征误匹配点对的剔除

3．3 改进的SIFT算法

3．3．1 Walsh-Hadamard内核投影

3．3．2 改进的SIFT特征描述算子

3．4 实验结果及其分析

3．4．1 改进的SIFT图像匹配算法的实验结果及其分析

3．4．2 基于SIFT算法的全景图生成方法的实验结果及其分析

3．5 本章小结

第四章 基于SURF算法的柱面全景图生成方法研究

4．1 引言

4．2 SURF特征点匹配算法理论基础

4．2．1 积分函数理论

4．2．2 特征点尺度空间的建立

4．2．3 快速Hessian矩阵的极值检测

4．2．4 特征描述算子的构建

4．2．5 特征点的匹配

4．2．6 特征误匹配点对的剔除

4．3 基于FAST和SURF算法的图像特征匹配算法

4．3．1 FAST算法简介

4．3．2 基于FAST和SURF算法的图像匹配方法流程

4．4 实验结果及其分析

4．4．1 SURF算法的性能检测

4．4．2 基于SURF算法的全景图生成方法的实验结果及其分析

4．5 本章小结

总结与展望

1 本文总结

2 展望

参考文献

致谢

附录A 在读期间研究成果