切向和径向双近似圆综合的全景环带图像校正展开方法

摘要

本发明公开了一种切向和径向双近似圆综合的全景环带图像校正展开方法，本方法首先将全景环带图像分别视作切向与径向近似圆，利用最小二乘拟合圆心法计算切向近似圆圆心坐标参数，根据图像特征确定径向近似圆上两条半径所在的直线方程计算径向近似圆心坐标参数；再根据所得到的双近似圆圆心坐标参数及展开图几何特性，推导建立全景环带图像与柱面全景展开图像之间的仿射变换关系，并利用双线性插值法完成图像像素复制，展开全景图；最后将展开后图像的帧纵横比通过标定方法建立的图像映射关系式进行修正，从而获得高精度的全景环带几何校正展开图像。本发明使图像展开结果更真实，同时也提高了后期图像处理检测精度。

主权项

一种切向和径向双近似圆综合的全景环带图像校正展开方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1、将全景环带图像视作切向近似圆，利用最小二乘法拟合圆心法计算切向近似圆圆心坐标参数：所述步骤1中全景环带图像切向近似圆圆心坐标通过最小二乘拟合圆心法计算得出，切向近似圆圆心(x_tan0,y_tan0)的计算方法具体为：其中，A_i＝2(x_i+1‑x_i)，B_i＝2(y_i+1‑y_i)，i＝1,2,…,m‑1；(x_i,y_i)，i＝1,2,…,m为切向近似圆边缘若干灰度值相近点的坐标测量数据；步骤2、将全景环带图像视作径向近似圆，确定近似圆上任意两条半径所在直线方程，继而得到径向近似圆圆心坐标参数：所述步骤2中全景环带图像径向近似圆圆心坐标通过计算全景图上两条半径所在直线的交点得到，径向近似圆心(x_rad0,y_rad0)的计算方法具体为：其中，K₁、K₂分别为径向近似圆上两条半径所在直线方程斜率，D₁、D₂分别为径向近似圆上两条半径所在直线方程截距；步骤3、利用步骤1和步骤2所获得的切向和径向近似圆圆心坐标参数，以及展开图几何特性，推导建立全景环带图像与柱面全景展开图像之间的仿射变换关系：所述步骤3中全景环带图像与柱面全景展开图像之间的仿射变换关系由切向和径向双近似圆参数以及全景环带图像展开前后坐标的几何特性推导建立，其仿射变换关系推导过程为：切向近似圆环上的点(x,y)满足二次方程：(x‑x_tan0)²+(y‑y_tan0)²＝r²        (3) 径向近似圆环上的点坐标(x,y)满足线性方程：y＝kx+d                     (4) 在公式(4)中，径向近似圆一、三象限上点所在线性方程斜率k_1,3＝(y_r1‑y_rad0)/(x_r1‑x_rad0)，截距d_1,3＝y_r1‑k_1,3x_r1；二、四象限点所在线性方程斜率k_2,4＝(y_r2‑y_rad0)/(x_r2‑x_rad0)，截距d_2,4＝y_r2‑k_2,4x_r2；其中(x_r1,y_r1)为径向近似圆第一象限点坐标，(x_r2,y_r2)为近似圆第二象限点坐标，利用径向圆心坐标参数可求得x_r1＝j*cos(angle)+x_rad0，y_r1＝y_rad0‑j*sin(angle)，angle＝i/R_c，x_r2＝2x_rad0‑x_r1，y_r2＝y_r1，其中i、j分别为柱面全景展开图像中的行列变量，R_c为设定的展开基准圆半径，联合公式(3)(4)可得以径向圆心为原点，向右为X轴正方向，向上为Y轴正方向的全景环带图像各象限像素坐标对应关系为：第一象限像素坐标对应关系为第二象限像素坐标对应关系为第三象限像素坐标对应关系为第四象限像素坐标对应关系为其中，(x₁,y₁)、(x₂,y₂)、(x₃,y₃)、(x₄,y₄)分别为全景环带图像径向近似圆上四个象限坐标，a_1,3、b_1,3、c_1,3和a_2,4、b_2,4、c_2,4为线性方程y＝kx+d代入二次方程(x‑x_tan0)²+(y‑y_tan0)²＝r²中化简所得二次方程(1+k²)x²‑2[x_tan0+k(y_tan0‑d)]x+(d‑y_tan0)²‑r²＝0的系数；步骤4、根据仿射变换关系，利用采样点周围四个邻点的灰度值作双线性插值，得到待采样点灰度，完成图像像素复制，展开全景图；步骤5、以方形网格图纸作为标定图像，包裹于检测装置上，获取其全景图像，并通过步骤1～4将其展开，建立图像修正前后行坐标反向映射关系式，修正步骤4中展开图像帧纵横比，实现全景环带图像的几何校正展开。