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1、第29卷第6期杭州电子科技大学学报Vol.29,No.62009年12月JournalofHangzhouDianziUniversityDec.2009基于Hough变换的全方位图像快速展开王凯,刘士荣,吕强(杭州电子科技大学自动化学院,浙江杭州310018)摘要:针对全方位图像扭曲,不利于人眼正常观察的问题,提出一种基于Hough变换的全方位图像快速展开算法。该算法首先通过Hough变换检测场景圆心及半径,然后根据半径确定展开图像的大小,最后基于圆心对图像进行展开。实验结果表明,这种算法能够快速有效实现全方位图像的展开,且减少
2、展开图像的失真,为后续研究奠定基础。关键词:全向视觉传感器;全方位图像;快速展开中图分类号:TN401文献标识码:A文章编号:1001-9146(2009)06-0057-050引言机器视觉是人类通过计算机获取环境信息的主要方法。目前计算机视觉技术主要是通过普通的镜头来获取环境信息,然而普通镜头的视场角较小,只能获取有限的局部信息。全向视觉传感器的出现解[1]决了普通镜头的缺陷。相对于普通的镜头,全向视觉传感器更具优越性,在视频监控以及机器人导[2][3]航、地图创建与定位等方面都得到了比较广泛的应用。全方位图像是将三维空间360
3、°视场的景物“压缩”到一幅圆形的平面图中,因此不便于肉眼的正常观察,理解比较困难,为获取更直观的人机交互界面,需要将全方位图像展开恢复成正常的图像。以往的展开算法需要获取全向视觉传感器双曲面镜[4,5]头的参数,其计算量较大。为解决以上问题,受传统的Hough圆形检测方法启发,本文提出了一种[6]基于Hough变换的全景图像快速展开算法。该算法属于基于图像中心的全方位图像展开,通过Hough变换获取全方位图像的圆心,从而有效的实现了全方位图像的解算。1基于Hough变换的图像展开算法1.1全向视觉传感器的工作原理通常的全向视觉传感
4、器是由一个CCD摄像机和正对着摄像机的凸面反射镜组成,反光镜将水平的图像反射到CCD摄像机上成像。本文中所使用的全向视觉传感器的反光镜头是双曲面反射镜如图1(a)所示,根据双曲线的几何特性可知o、o′为双曲面的两个焦点。双曲面反射镜全景成像原理由图1(b)收稿日期:2009-09-15基金项目:国家自然科学基金资助项目(60675043),浙江省科技计划资助项目(C21051)作者简介:王凯(1985-),男,山东潍坊人,在读研究生,计算机视觉.58杭州电子科技大学学报2009年所示。图1全向视觉传感器及其成像原理p1、p2为环境
5、中两点发出的光线。根据双曲面反射镜的光学原理及其几何特性,一束射向双曲面焦点o的光线经过镜面反射后会经过该双曲面的另外一个焦点o′,在组成全向视觉系统时将摄像机的光心与o′点重合,由此便可在成像平面上成一个清晰的像。1.2图像中心的检测在基于图像中心的全景图像展开过程中,图像中心的获取方法对图像展开的效果有很大的影响,为提高圆识别的准确率与实时性,本文采用基于Hough变换的圆形检测法。Hough变换是图像处理中从图像中识别几何形状的基本方法之一。Hough变换不受图形旋转的影响,易于进行几何图形的快速检测,特别适用于对圆形的检测
6、。Hough变换检测圆的基本原理是把图像空间中的所有点映射到参数空间中,然后将在参数空间中得到的所有坐标点对应的累加值进行累加统计,再根据累加值判断圆的半径及圆心所在的位置。222(x-a)+(y-b)=r(1)式中,(a,b)为圆心,r为半径a,b,r∈R,R为一维实数空间。图像平面上的一点M可以映射为一系列圆,遍历图像中所有点,求解r:22r=(x-a)+(y-b)(2)并更新对应的累加器P(a,b,r),最后累加器P(a,b,r)中的累加极大值Pmax(a,b,r)所对应的坐标便是圆心坐标及半径。基于以上原理,进行圆形检测,
7、具体检测效果如图2所示,图2(a)为全方位图像,图2(b)为经Hough变换检测的结果。由图2可知,Hough变换的圆形检测法可以有效地检测到图像中心,其检测效果完全满足基于图像中心的图像展开算法的要求。1.3全方位图像展开算法在实际应用中需要一种快速的展开算法,能够将时间消耗和对各种参数的要求降到最小,同时尽可能的保持有用的信息。基于图像中心的展开算法即可满足系统对实时性的要求。全方位图像展开示意图如图3所示,图3(a)为圆形的全方位图像,其中r为全方位图像的外径,(a,b)为通过Hough变换获得全方位图像的圆心,O(x,y)
8、为全方图像中任一点。图3(b)为全方位图展开后第6期王凯等:基于Hough变换的全方位图像快速展开59图2全方位图及其圆检测图像的图像,h为展开图像的高度,ω为展开图像的宽度,O′(xi,yi)为展开图中O(x,y)的对应点,对应关系为:x=yic
