虚拟环境中变形图像拼接技术研究new

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第29卷第1期华中科技大学学报29No12001年1月jHuazh。I1gUnivSci＆TechJan2001虚拟环境中变形图像拼接技术研究陈永强王启付(华中科技大学机械科学与工程学院)摘要：在虚拟环境中，针对一种变形图像，推导出相邻两幅变形图像像对的数学关系．考虑到图像问存在的几何和辐射变形，用相关法识别同名点，几何变形校正，精确定位重叠区域进行平滑拼接，构成大图像所研究的这类图像和拼接技术，对拍摄条件和设备无苛刻要求，有较好的拼接效果，运用范围广．关键词：图像拼接；虚拟环境；基于图像的绘制；变形校

2、正中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1000—8616(2001)01—001403虚拟现实系统中虚拟环境的构造需要建立大量的实体模型，传统的计算机图形学方法具有建lrx模繁琐、场景单调、真实感差和硬件昂贵等问题，f因而发展出基于图像的绘制(IBR)技术～．4本文讨论的变形图像是用O2D数码照相机Z在不同位置和不同方向对场景所拍摄的重叠数字夕一z：／一?化图像．由于相机空间位置和拍摄条件的不一致，D因此图像间存在几何变形、亮度、色度等差别．这类图像拼接问题是虚拟环境中使用IBR技术所要涉及的一个关键技术．^[，，]，(1)1像点的透视变换

3、公式图1中c为投影中心，P为物点，P为像点．辅助坐标(xp，Yp，)的关系为：ew为像空间坐标系，GXYZ为像空间辅助坐标系，O-XYZ为参考坐标系，其中(5a：yz和0XYZ随相机位置和方向而动，但cXYZ和oXYZ的坐标轴平行，保持方向不变．投影中心C和物点P在O-XYZ中的坐标为xhyr，Zr和xe，yP，zP．像点P在C-XYZ和c中的坐标为x，yp，和，，一f(f为相机焦距)C，P，P三点位于一条直线上，相似三角形收稿日期：2000—08一10．作者简介：陈永强(1967一)，男，硕士研究生；武汉，华中科技大学机械科学与工程学院(43007

4、4)基金项目：香港工业技术发展署资助项目①(2henSEQuicktimeVR—AnImage-basedApproachtoVirtualEnvironmentNavigationComputerGraphics(SICk,RAPH95)，1995：29～38④ChertSE，WilliamsLViewInterpolationforImageSynthmisComputerGraphics(SIC,GRAPH93)．1993：279～288⑦MeMillianL，Bis1~,GPlenopdcNlDde【Ing：Animage-basedRend

5、eringsyst．ComputerGmp~cs(SIGGRAPH95)．1995：39～46维普资讯http://www.cqvip.com第1期陈永强等：虚拟环境中变形图像拼接技术研究式中“=(Z尸z()／(cI+C2一3)．显点，如角点、圆点等．用影像匹配中的相关函数考虑拍摄时相机和场景的距离与场景中物体测度算法[1j、交互选择目标点和待匹配点来识别凸表面几何尺寸常相差较大，且相机与场景的距同名点具体计算过程为：在前一幅图像中先确定离初始值固定，则上式中的Zv-近似看成常数，一个待定点即目标点，以此点为中心选”×n，也为常数，可得到透视变换公式

6、：(可取”)个像素的灰度阵列作为目标区D，I=(口lIp—n12Yp+n13)／口；．、灰度矩阵为G(船．)(l，2，⋯，Ⅲ；J=1．2，⋯IYp二(“21+“2z+H23)／t一，⋯．)，m和为奇数，与G对应的灰度函数为g(，)((，)∈D)；估计同名点可能存在的范式中．和为物点P在像空间辅助坐标系中围，在后一幅图像中以用鼠标交互选择的待匹配的坐标；=a3l+“3十1点为中心．建立一个k×(k>，>)个像素2相邻两幅图像像对的数学关系的灰度阵列作为搜索区D，灰度矩阵为G()(i=l，2，⋯，k；J=1．2，⋯，)，k与也为奇图2为同一物点P与在相邻

7、两幅图像中投数．与G对应的灰度函数为g(，，)((，Y)影点P『(l，1，1)及P2(Xp2，!，)∈D)；G中任意一个m行列的子块(即搜索的关系．两幅图像像空间辅助坐标系的轴向均与窗口)

8、已为：参考坐标系的轴向平行，只是原点位置不同Gll=(毋”，，+I)【=1，2，⋯，，；J=1，2，⋯，"：r=int【／2)+1，int(／2)+2，⋯，k—int(Ⅲ／2)；c=int(／2)+1．int(／2)十2，⋯，—int(／2))．g(，)与g(，)的相关函数定义为缪ZiyC：R(P，口)=(，)g(z，Yq)dxdy【)∈图2像对投影关系若R(P_

9、1'qD)>R(，q)(≠P0，≠q0)，则由式(3)知，物点尸在两像空间辅助坐标系0和qll为搜索区影像相