基于鱼眼图像的虚拟漫游及运动目标检测算法研究

摘要

鱼眼镜头的视角很广，可以达到180°甚至220°。鱼眼镜头出现以后，它的应用越发广泛，面虚拟漫游和视频监控是其中的两个方面。当前，虚拟漫游在旅游、建筑、航空航天等方面都有重要应用。利用单张鱼眼图像，不通过图像的拼接技术，可以直接实现准全景漫游，即半空间虚拟漫游。而将鱼眼镜头应用到视频监控领域，可以实现“无盲区”监控。本文主要针对这两个方面进行研究。
　　基于单张鱼眼图像的虚拟漫游实现有三个步骤:鱼眼图像的轮廓提取、基于鱼眼图像的重投影以及对普通照相机的模拟。本文对鱼眼图像的轮廓提取方法做了大量研究，首先介绍了鱼眼图像轮廓提取的传统方法:面积法和扫描线法，并指出了两者的局限性;其次对基于区域生长提取鱼眼图像轮廓的方法进行了改进，实验证明，该方法具有很强的鲁棒性。然后，介绍了基于鱼眼图像的重投影以及对相机模拟的原理和方法;最后对基于单张鱼眼图像的虚拟漫游进行了仿真实现。
　　运动目标检测是视频监控重要方面。本文针对运动目标检测做了大量的研究。首先介绍了当前比较常见的光流法、帧差法和背景差法。接下来对几种基于背景模型的背景差法进行了分析和实验比较，确定将混合高斯作为本文的运动目标检测的基础方法。然后针对混合高斯存在的效率较慢以及不能对阴影进行抑制的问题，将混合高斯与三帧差法结合在一起来提高它的效率，并利用基于颜色特征的阴影检测算法对检测结果进行阴影抑制。实验证明，改进方法是有效的。
　　对鱼眼镜头拍摄的视频进行运动目标检测时，由于鱼眼图像存在很大畸变，因此有必要对鱼眼图像进行视窗校正。而鱼眼图像视窗校正的实质就是虚拟漫游到运动目标区显示的结果。最后，利用虚拟漫游对运动目标进行了手动视窗显示，实现了对运动目标视窗校正。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．1．1 虚拟漫游技术背景和意义

1．1．2 运动目标检测背景和意义

1．2 虚拟漫游和运动目标检测算法概述

1．2．1 基于图像绘制的虚拟漫游方法概述

1．2．2 运动目标检测方法概述

1．3 鱼眼镜头在虚拟漫游以及运动目标检测中的应用

1．4 论文研究内容及安排

第2章 鱼眼图像和数字图像处理的基础知识

2．1 鱼眼镜头结构

2．2 鱼眼镜头的光学特性

2．3 鱼眼镜头的成像原理

2．4 鱼眼镜头的畸变

2．5 鱼眼镜头的应用

2．6 图像的降噪预处理

2．6．1 平滑线性滤波

2．6．2 中值滤波

2．7 颜色空间

2．7．1 RGB颜色模型

2．7．2 HSV颜色模型

2．7．3 RGB与HSV相互转换

2．7．4 RGB彩色图像灰度化

2．8 数学形态学

第3章 基于单张鱼眼图像的虚拟漫游

3．1 基于单张鱼眼图像实现虚拟漫游的基本流程

3．2 鱼眼图像的轮廓提取

3．2．1 面积法提取鱼眼图像有效区轮廓

3．2．2 扫描线法提取鱼眼图像有效区轮廓

3．2．3 区域生长法与改进扫描线法相结合提取鱼眼图像有效区轮廓

3．2．4 仿真及实验结果分析

3．3 基于鱼眼图像的重投影

3．3．1 鱼眼图像重投影算法的基本思想

3．3．2 鱼眼图像重投影算法

3．4 基于单张鱼眼图像虚拟漫游仿真实现

3．4．1 普通相机成像原理

3．4．2 相机的运动

3．4．3 虚拟漫游的具体实现

3．4．4 算法的优化

3．4．5 虚拟漫游matlab仿真实现

第4章 基于鱼眼图像的运动目标检测

4．1 基于鱼眼图像运动目标检测实现的基本流程

4．2 运动目标检测的基本方法

4．2．1 光流法

4．2．2 帧差法

4．2．3 背景差法

4．3 基于背景建模的运动目标检测方法

4．3．1 影响背景建模的因素

4．3．2 基于统计中值法的运动目标检测

4．3．3 基于Surendra算法构建背景模型的运动目标检测算法

4．3．4 基于混合高斯背景模型的运动目标检测方法

4．3．5 实验结果分析

4．4 基于三帧差与混合高斯相结合的运动目标检测算法

4．4．1 利用图像三帧差检测是否有运动目标出现

4．4．2 基于颜色特征的阴影检测过程

4．4．3 仿真结果及分析

4．5 鱼眼图像中运动目标的手动视窗显示

第5章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢