基于鱼眼相机的实时视频拼接技术研究

摘要

随着国家经济的高速发展,汽车在人们日常生活中普及程度越来越高,但是汽车在给人们带来便捷的同时也带来了很多安全问题,交通事故频发。近年来,越来越多的电子信息技术应用到汽车上来,如何帮助驾驶员安全和高效地停泊车辆成为当今研究的热点之一。因此,泊车辅助系统成为智能汽车领域的一个值得研究的课题。
　　本文首先对基于全景成像的泊车辅助系统提出了具体的实现方法,深入研究了实现该系统需要解决的摄像机畸变校正和视频图像拼接等关键技术,在此基础上,分析其中的缺陷和可行性并加以改进,最后,编程实现了基于鱼眼相机的泊车辅助全景成像系统。论文主要研究的工作如下:
　　(1)针对传统的泊车辅助设备由于仅安装单摄像头导致覆盖区域有限,存在视野盲区而无法安全泊车的缺点,提出了基于四个鱼眼摄像头的图像信息融合的全景鸟瞰图的泊车辅助方法。首先,在车身周围安装四个摄像头监视车身后方、左侧、右侧的障碍物情况,然后,将前方和后方带有透视效果的视频图像通过俯视投影变换转换为俯视图;再通过图像拼接生成全景鸟瞰图。本文系统利用车身周围四个广角鱼眼摄像机监视周围的环境,扩大了泊车视野。同时设置车身两侧的摄像机垂直拍摄地面,保证泊车视野范围的前提下节省了图像俯视投影转换的时间。
　　(2)针对广角鱼眼镜头图像失真的问题,详细介绍了摄像机模型及坐标系之间变换的推导过程。在分析鱼眼图像畸变特性的基础上,通过对原始采集图像进行去失真处理,得到校正后的图像,然后对图像进行对地面的单应性变换后投影到同一个平面。
　　(3)针对泊车辅助系统实时性的要求,基于鱼眼镜头标定误差随着径向距离增大,由于各个摄像头之间跨度较大,导致拼接区域形变过大的问题,应用了基于虚拟模板的图像配准方法。基于虚拟模板的方法可以大幅减小需要配准的特征点数和配准时间,加强配准方法的抗干扰性与准确性。在比较了几种常用的图像融合方法的基础上,提出了基于镜头中心距离选择像素点再进行渐入渐出法的融合策略。这个方法解决了视觉一致性的问题,保证了全景鸟瞰图的融合质量。
　　(4)在Windows7系统下,使用Visual Studio2010编程实现了基于鱼眼摄像机的全景成像的泊车辅助方法,实验结果证明本文方法具有较好的有效性和实时性。

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第一章 绪论

1.1 选题意义和动机

1.2 泊车辅助系统发展现状

1.3 本文研究内容和结构

第二章 基于全景成像的泊车辅助系统

2.1 系统流程

2.2 系统关键技术

2.3 本章小结

第三章 鱼眼图像畸变校正

3.1 图像采集

3.2 图像变换和图像插值

3.3 摄像机模型

3.4 摄像机标定

3.5 实验结果与分析

3.6 本章小结

第四章 俯视投影变换

4.1 投影变换

4.2 单应性矩阵

4.3 实验结果与分析

4.4 本章小结

第五章 鱼眼图像拼接

5.1 图像拼接概述

5.2 图像噪声的抑制

5.3重叠区域接缝位置的配准

5.4重叠区域接缝位置的融合

5.5 实验结果与分析

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 论文总结

6.2 论文展望

致谢

参考文献