一种基于基准视场扩散拼接的全景图像投影方法

晏细兰

(广州番禺职业技术学院信息工程学院，广东 广州 511483)

在小规模阵列全景中，最优基准视场选择方法和基于视场单源最短路径树形变量最小的投影路径选择准则可在大规模高分辨率全景拼接中获得了比较好的效果[1]。不过在目前全景规模越来越大的情况下，投影路径越来越长，路径中投影误差累加越加明显，这就需要一种能够抑制投影累积误差的投影方法。本文详细阐述了扩散式全景图像投影方法，扩散式全景图像投影解决了原来单源路径投影会因路径过长而放大误差的问题。

1 单源通路投影

生成一个完整的全景图像，需要把所有视场都投影到一个统一坐标空间里面。虽然全景中并不是所有视场都是相邻的，但是在知道全景拓扑空间关系和相邻视场的投影关系后，可以利用投影关系的传递性把所有视场都投影到一个基准视场。在全景图像拼接方面，文献[2]研究了多摄像机全景视频生成中基准视场的确定方法，提出了单源最短路径投影算法和基于视场相异边界距离度量的全景图像融合算法。单源路径的思想是在基准视场方向上的多个相邻视场中寻找一个最优的视场作为视场通路，这时该视场与非最优相邻视场的投影关系变成了一个绕回基准视场的通路，如图1 所示。

图1 单源通路投影

其中视场0 为基准视场，箭头为两条独立的投影路径。只讨论视场5 与相邻领域的投影关系，在直接图像投影式，视场5 与视场4 和2 的投影关系如式(1)：

经过基准视场投影后，视场4 与视场5 的投影关系没变，但视场2 与视场5 的投影关系变成了式(2)：

可知，视场2 与视场5 的投影关系将会累加两条路径上的所有误差，视场2 和视场5 的局部合成效果将会变得非常不稳定。

2 基于扩散思想的投影方式

为了减少误差累积，视场投影不能只考虑相邻位置中最优的一个投影视场，必须考虑其周围领域通路的所有视场，本文提出一种基于扩散思想的投影方式。如图2 所示。

图2 全景四领域扩散示意图

扩散方式可以为八领域扩散和四领域扩散，考虑到四邻域的公共视场要比对角领域大、投影误差小的特质，本方法采用四领域扩散。扩散时先把基准视场标记为第0 层，然后标记第0 层的四邻域视场为第1 层，如此类推，直到所有视场都标记完毕。标记完毕后将各层由小到大开始投影，投影流程如图3 所示。

图3 扩散式投影流程图

扩散式拼接实质上是考虑局部最优的过程，如图4 所示，图像拼接时把周围图像因素考虑进去，使得图像与周围图像的拼接误差平均化，从而减少了图像与周围图像的视觉误差。

图4 扩散式拼接

对一个2×6 的全景分布用单源路径与扩散式拼接，基准都设为左下角(0,0)。对于处于两个拼接路径末端的区域，其拼接效果在使用单源路径时会出现比较大的误差，而使用扩散式拼接虽然仍具有一定误差，但效果要比单源路径拼接要好。因此，单源路径拼接保证了路径上拼接最优，但是路径与路径之间拼接误差被放大。扩散式拼接同时考虑了周围信息，使得拼接局部最优。不过扩散式的投影方法防止了局部误差过大的问题，实质上是一种局部的误差平均方法，然而，随着离基准视场的距离增大，局部整体误差依然在增大。由此，在考虑减少局部误差同时，也要全局投影误差最小，并且不能使用单一视场为基准，可以考虑使用多基准视场或者计算出一个全景空间统一的投影基准坐标系，使得投影变换全局最优。

3 结论

本文针对单源路径拼接在全景拼接中具有误差放大的问题，提出更适合大规模全景拼接的扩散式拼接方法，该方法能够有效减少全景的局部投影误差。