空中视频序列的图像拼接及二维重建的研究

摘要

本论文主要研究了如何从空中获取的视频序列恢复地面二维场景这一课题。它涉及到图像处理、计算机视觉、摄影测量学等相关领域，极具有研究价值。 由于摄像机在空中拍摄过程中容易受到各种外力的影响，稳定性很差，不能保证摄像机的镜头始终保持垂直于地面。因此一般不能得到标准航片，即由于摄像机的倾斜和大幅旋转而引起图像的投影形变。对于非标准图像，首先要对其进行正视变换。因此研究摄像机的标定问题不可避免。 针对所面临的问题，采取了相应的解决方法。首先根据摄像机内参数一经确定便不再改变的特点，同时为了保持其精度，采用基于空间三维点与图像二维点对应的传统标定方法来获得内参数。考虑到摄像机在空中姿态变化的无规律性，采用图像序列间的对极几何约束，即基于基本矩阵的自标定方法来获取每相邻两帧图像间摄像机的运动姿态。在获得摄像机内外参数的情况下，以某一视点为标准，根据共用一个摄像机中心的两幅图像之间的单应关系对图像进行重投影，从而使得图像序列位于标准视点下。 对于一组视点相同的图像序列，采取基于单应的图像配准方法对图像进行配准，根据逆向映射的原理对图像进行双线性插值的坐标变换，同时对拼接后的图像做平滑处理，最终实现”无缝”拼接。为了减少误差，在此过程中，本论文采用了相应的改进及优化算法，进一步提高了实验结果的质量。 针对以上提出的算法及思路，本文在相关章节给出了其实现步骤及各个步骤的实验结果。实践表明，本文提出的相应算法具有一定的可行性。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题的研究背景及意义

1.2空中采集图像所存在的问题

1.3国内外相关技术的研究现状及进展

1.4本论文的主要工作及组织结构

2多视图几何的基本理论

2.1透视投影及摄像机模型

2.1.1常用坐标系

2.1.2透视投影及摄像机模型

2.2射影几何和图像变换

2.2.1射影平面的相关概念

2.2.2变换的层次

2.3 对极几何、基本矩阵及本质矩阵

2.3.1对极几何

2.3.2基本矩阵

2.3.3本质矩阵

2.4图像单应矩阵

2.5本章小结

3摄像机标定

3.1 摄像机标定的概念及意义

3.2 摄像机标定方法及原理

3.2.1基于三维标定物的标定方法

3.2.2摄像机自标定

3.3 本章小结

4图像拼接及优化算法

4.1图像配准综述

4.2本文所用的图像拼接及优化算法

4.2.1.基于单应的图像拼接原理

4.2.2二次搜索获得匹配点对

4.2.3 RANSAC提纯算法

4.2.4改进的块匹配配准算法

4.3图像的融合

4.3.1采样权重函数法

4.3.2渐入渐出加权平均法

4.4实验结果及分析

4.4.1特征点匹配实验

4.4.2图像单应矩阵的计算

4.4.3序列图像拼接

4.5本章小结

5空中获取图像的纠正变换及拼接

5.1空中图像的纠正原理

5.1.1纠正单应矩阵的推导

5.1.2基于单应的图像变换

5.2本文所用的空中图像序列的纠正及拼接方法

5.3相关实验结果

5.3.1 内外参数标定及图像纠正实验

5.3.2纠正图像的拼接

5.3.3实验结果分析

5.4本章小结

6总结与展望

6.1主要结论

6.2对未来的展望及论文的不足之处

致谢

参考文献