全景图像采集、拼接及动态显示系统研究与实现

摘要

随着科技的进步，传统形式的图像拍摄模式已经不能满足需求，全景图像应运而生。全景图像以其宽广的视角，灵活的体验迅速的融入到许多前沿科技领域中。全景图像的概念涵盖了一系列的内容，包括底层的拍摄设备的选取和构建、图像采集系统的设计与实现、图像拼接、映射变换以及全景呈现等诸多部分。本文将介绍如何采用目前流行的技术手段和理论体系构建完整的、系统的全景图像系统。
　　目前，全景图像的研究和实践工作主要为局部性，很少有整体的系统性研究和实现。本文将介绍一种高性能的、灵活性强的、准实时全景图像采集、拼接及呈现系统。在硬件结构设计上，主要采用高效快捷的3D打印技术，并结合多台物理相机和广角镜头进行构建。在图像的采集部分，采用多线程并行处理模式，对系统中的多台设备进行控制和图像采集。这其中最主要的工作模块是全景图像拼接，该模块将在后台持续监听和处理来自底层图像采集模块递交的数据。完整的系统结构设计和交互方案，使得全景图像的处理流程具备较高的效率，达到准实时的体验。本文基于目前比较常用高效的几类图像拼接算法，通过分析和比较，选择较适合该系统的特征点提取和匹配算法，并进行细节优化，提高整体性能。该系统的实时性主要通过全景视频的形式进行呈现。
　　本文还就系统设计和实现时遇到的主要问题进行分析，猜想和验证，为后续进一步的研究提供可参考的方向。其中主要涉及相机设备的配置和工作状态同步问题、图像拼接操作成功率问题、数据存储问题等。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景介绍

1．1．1 课题的来源及意义

1．1．2 国内外发展情况

1．2 本文介绍和内容安排

第二章 相关理论背景及技术介绍

2．1 全景图像

2．1．1 全景图像简介

2．1．2 全景图像拼接技术

2．2 图像处理库介绍

2．3 3D打印技术

2．4 本章小结

第三章 硬件系统结构及设计

3．1 系统硬件介绍

3．1．1 设备选择和说明

3．1．2 其他实验环境说明

3．2 硬件系统结构设计

3．2．1 相机固定器设计与3D打印实现

3．2．2 支撑底座和连接器设计与3D打印实现

3．2．3 硬件系统整体实现结果

3．3 本章小结

第四章 全景系统软件设计与实现

4．1 软件系统整体设计框架

4．1．1 整体框架图说明

4．1．2 设备管理模块

4．1．3 控制与管理中心

4．2 图像模块设计与实现

4．2．4 全景图像采集模块

4．2．5 全景图像拼接模块

4．2．6 全景系统的并发控制

4．3 本章小结

第五章 图像拼接算法选择、分析和优化

5．1 常用图像拼接算法介绍

5．1．1 基于Harris兴趣点检测的图像拼接算法

5．1．2 基于SIFT算法的图像拼接算法

5．1．3 基于SURF的图像拼接算法

5．2 Accord．Net框架的选择、分析与优化

5．2．1 Accord．Net框架的核心实现

5．2．2 特征点匹配

5．2．3 单应性估计

5．2．4 图像融合

5．2．5 基于Accord．Net框架的图像拼接方法改进

5．3 本章小结

第六章 实验结果说明及分析

6．1 全景系统的实验测试

6．1．1 不同动态场景测试

6．1．2 不同焦距和曝光配置的测试

6．2 实验结果分析

6．3 本章小结

第七章 总结与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢