一种激光测距辅助拼接系统和图像拼接方法与流程

(一)技术领域

本发明涉及图像处理领域，具体为一种激光测距辅助拼接系统和图像拼接方法。

(二)

背景技术：

对于壁画，大型书画、纺织品等大型的高长宽比的平面物体进行图像信息采集的时候需要使用超高分辨率的大视场图像，但是受限于硬件技术的限制，单台相机无法达到。

随着计算机和图像处理技术的发展，鱼眼镜头系统、旋转拼接式和多相机系统作为大视场全景成像的主要手段，且得到了广泛的推广。鱼眼镜头方案的缺点是畸变非常严重，越靠近图像边缘位置，存在着越大角度的透视变换，因此越靠近边缘单位角度所覆盖的像素数就越少，造成了严重的分辨率的不均匀；单相机旋转拼接，由于其核心原理是利用多个普通镜头采集到的图像拼接成一张鱼眼镜头的采集的图像，因此继承了鱼眼镜头的缺点，越靠近拼接后的图像边缘位置，存在着越大角度的透视变换；多相机系统由于视差的存在，无法正确地对图像进行配准。尤其是对于纹理重复或纹理信息较少的物体容易造成拼接错误。

(三)

技术实现要素：

针对以上现有技术中存在的问题，本发明提供了一种激光测距辅助拼接系统和图像拼接方法，利用多相机配合激光测距系统，有效的解决了大型的高长宽比的平面弱纹理物体的近距离图像采集。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种激光测距辅助拼接系统，包括前端采集模块、交换机及后端处理系统，所述前端处理系统包括若干台性能完全相同且成像角度为30度的相机，所述若干台相机中位于最外侧的两台相机顶部安装有与该相机光轴平行的激光测距仪，所述相机均通过连接交换机与后端处理系统联通；所述后端处理系统包括安装有拼接系统软件的计算机。

优选的，所述相机位于同一水平面且呈扇形分布，均配有高清定焦镜头，且数量为5台。

优选的，所述5台相机之间相邻两台相机之间的摆放夹角相同，且小于相机的成像角度。

一种图像拼接方法，包括以下步骤：

s1:确定摆放夹角θ,即5台相机中相邻两台相机之间的摆放夹角；

s2:通过被采集物体长度2*x5确定最小物距zmin：

其中，α为相机成像角度，且α＝30°；

s3:调节采集角度，保证使两台测距仪度数相同从而使系统光轴与被采集平面垂直；

s4:物距采集，根据激光测距仪的数据，计算出精确的物距：

其中，z为物距，l为激光测距仪测得的数据；

s5:物距采集，由计算机通过gige协议控制前端的相机采集图像；

s6:图像拼接，即将覆盖区域作为拼接的偏移量完成图像的拼接：

其中，x2-x1为中心位置相机与相邻两侧相机的覆盖区域，x4-x3为两侧相机与最外侧相机的覆盖区域；

s7:在后端处理系统的电脑中，图像被显示与输出。

优选的，在上述图像拼接方法中，s6中计算得到的覆盖区域作为输入信息输入到s7中的电脑中。

本发明的有益效果是：利用激光测距仪确保系统光轴与被采集平面垂直；每个相机均采用成像角度为30度的非广角镜头，镜头畸变很小；根据激光测距仪的精确数据快速的计算出相机之间的覆盖区域，与采集目标的纹理特征无关，无需使用复杂的拼接算法，可对弱纹理或重复纹理的目标进行有效的拼接。

(四)附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的系统构成示意图。

图2为本发明中相机布置示意图。

图3为本发明中相机带激光测距仪俯视示意图。

图4为本发明中相机最小物距及重叠范围计算示意图。

(五)具体实施方式

为使本领域技术人员能够更好的理解本发明，下面将结合附图对本发明技术方案做进一步的说明。

参照图1至图4所示，一种激光测距辅助拼接系统，包括前端采集模块、交换机及后端处理系统，所述前端处理系统包括若干台性能完全相同且成像角度α为30度的相机，相机位于同一水平面且呈扇形分布，均配有高清定焦镜头，在本实施例中相机的数量设定为5台。所述5台相机之间相邻两台相机之间的摆放夹角θ相同，为保证各个相机之间的成像区域有重叠部分，摆放夹角θ应该小于相机的成像角度α。相机按照顺序标号为1-5号，即最外侧两台为1号和5号，中间一台为3号。

所述5台相机中位于最外侧的两台相机顶部安装有与该相机光轴平行的激光测距仪，用于采集相机与被测物之间的距离。

所述相机均通过连接交换机与后端处理系统联通。后端处理系统包括安装有拼接系统软件的计算机，可以对前端采集模块采集到的多个图像进行拼接处理，并输出拼接结果，同时可以把计算得到的覆盖区域作为参数输入，提高图像拼接处理的效果。

一种图像拼接方法，包括以下步骤：

s1:确定摆放夹角θ：

即5台相机中相邻两台相机之间的摆放夹角。通常物体的长度在3m-10m，为保证无畸变，镜头的成像角度α应小于等于30度，因此本实施例中取α为30度，为保证各个相机之间的成像区域有重叠部分，摆放夹角θ应该小于相机的成像角度α，取θ为25度；

s2:通过被采集物体长度2*x5确定最小物距zmin：

为保证系统的采集范围完全覆盖被采集物体，应保证最小物距。

在图4中，粗实线为1号相机的成像范围，虚线为2号相机的成像范围，双点划线为3号相机的成像范围。从图中根据三角函数关系可以得到由于则可以通过公式得到物距z，此时得到的z实为zmin。即为保证系统的采集范围完全覆盖被采集物体，采集系统与被采集物体之间的距离应该不小于zmin。

如物体长度2*x5为10米时，即对于10米长的被采集物，采集系统与被采集物体之间的距离应该不小于2.33米才能保证完全覆盖；

s3:调节采集角度：

物距计算后，根据最外侧采集模块的激光测距仪进行角度调节，使两台测距仪度数相同从而使系统光轴与被采集平面垂直；

s4:物距采集：

系统读取激光测距仪的数据，根据激光测距仪的数据，计算出精确的物距。

其中，z为物距，l为激光测距仪测得的数据。

因为激光测距仪与被采集平面的垂线的夹角为因此：

根据得到的物距z与s4中的最小物距作比较，调节采集系统与被采集物体之间的距离，保证z≥zmin；

s5:图像采集，由计算机通过gige协议控制前端的相机采集图像；

s6:图像拼接，即将覆盖区域作为拼接的偏移量完成图像的拼接，覆盖区域的计算方法为：

其中，x2-x1为2号相机与3号相机的覆盖区域，x4-x3为一号相机与2号相机的覆盖区域。

如当被采集物体长度2*x5为10米时，由s2中得到z为2.33米：

将得到的覆盖区域作为拼接的偏移量完成图像的拼接；

s7:在后端处理系统的电脑中，图像被显示与输出。

在上述图像拼接方法中，s6中计算得到的覆盖区域x2-x1及x4-x3作为输入信息作为必要参数输入到s7中的电脑中，提高图形拼接处理的质量。

以上所述为本发明的优选实施方式，具体实施例的说明仅用于更好的理解本发明的思想。对于本技术领域的普通技术人员来说，依照本发明原理还可以做出若干改进或者同等替换，这些改进或同等替换也视为落在本新型的保护范围。