壁画正射影像自动拼接技术研究与系统开发

摘要

敦煌壁画是世界历史上优秀的文化宝库,具有极高的科学研究和艺术鉴赏价值。但是由于人为和自然的双重因素,敦煌壁画损坏严重。壁画数字化是通过数字化的手段记录壁画信息,由于数字化信息可以永久地保存,并且可以很方便地传播,因此在壁画保护中扮演越来越重要的角色。图像拼接法由于其灵活性,且拼接后的图像精度与扫描精度相当,适合于壁画数字化。基于正射投影的壁画拼接通过求解一个SFM(Structure from Motion)问题,得到全局一致性的配准,相比于传统的壁画拼接算法大大降低了拼接结果的几何失真,本文的研究重点是基于正射投影的壁画高保真拼接技术。
　　 在图像配准中,由于不知道图像间的相邻关系,两两间都需要配准,随着图像数量增多,计算量快速增长;通过最小二乘法拟合的正射投影平面易受病态离群点的影响:另外,现有基于正射投影的壁画图像映射只考虑了特征凸包内的图像区域,使得拼接后的壁画信息不完整。针对以上问题,本文做了以下工作:
　　 针对图像全匹配,本文给出了一种改进的图像全匹配算法。该算法先在低分辨率图像上进行预配准,得到图像的邻接关系。利用该邻接关系约束全分辨率的图像配准,提高了配准的效率。
　　 针对现有的壁画正射投影平面拟合算法,提出了一种结合RANSAC和最小二乘法来拟合正射投影平面。改进后的算法不易受病态离群点的影响。
　　 针对现有的壁画正射投影只考虑图像特征凸包之内的图像映射,本文提出了一种改进的正射投影映射方法,改进后的算法通过添加外部特征点,使得图像特征凸包之外的图像内容也被映射至正射投影平面。
　　 本文在原有的基础上设计并实现了基于正射投影的壁画高保真拼接系统。并使用敦煌研究院提供的壁画数据进行拼接实验。实验的结果表明,本文改进的算法拼接更快,且生成的全景图信息更加完整。