一种用于视频监控的多尺度柱面投影全景图像生成方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及图像处理与视频处理技术领域，特别涉及一种用于视频监控的多尺 度柱面投影全景图像生成方法。
【背景技术】
[0002] 图像拼接的关键技术在于准确找到图像序列之间的重叠区域和范围，并实现对应 点之间的对应关系模型，即图像配准。根据目前提出的图像配准算法，可以将图像拼接技术 分为三大类：基于变换域的方法，基于图像特征的方法和基于图像灰度的方法。基于变换域 的方法很难处理镜头存在旋转和缩放情况，要求待配准图像之间有较大重叠比例，同时搜 索整个图像空间，计算代价高昂。而基于图像灰度的方法要求两幅图的各项属性变化不大， 否则会造成较大误差。而且计算复杂，计算量大。基于图像特征的方法对图像变形和遮挡 等有良好的适应能力，可以提高配准的精确程度，因此有着大量的研究，例如Harris算法 和SURF算法。
[0003] 经过多年的研究，国内外许多学者提出了不同的图像配准方法，在图像拼接技 术方面取得了很多研究成果。如：SzeliskiR在Proceedingsofthe24thannual conferenceonComputergraphicsandinteractivetechniques上发表的"Creating fullviewpanoramicimagemosaicsandenvironmentmaps" 以手动石角定至少 4 对特征 点，并以特征点像素的亮度误差构造优化函数来估计图像间的点变换关系，但是采用此方 法得到的特征点数过少，配准效果并不理想。
[0004] 又经检索发现，姜代红等人的专利"一种矿井监控图像快速拼接方法"中采用 Harris算法提取角点，并求角点的SIFT描述符，但是这种方法中求取SIFT描述符时，描述 符的维数较大，所需的计算时间和存储空间均较大，且当图像边缘因摄像头角度问题产生 畸变时无法克服。
[0005] 上述的各方法并未考虑到对图像因为拍摄角度造成的边缘的畸变进行修正，同时 对图像配准和融合的精度以及计算速度需要综合考虑。此外用于视频监控的图像拼接方法 需要进一步考虑实时性的问题，同时因为摄像头方向造成的图像光照和色度的差异在拼接 之后的全景图像之中应该能够消除。
[0006] 因此，图像处理与视频处理技术领域急需一种极大的消除因为摄像头拍摄角度引 起的图像边缘畸变，采用预设重叠区域的方式提高处理速度和算法稳定性，对求得的匹配 点进行过滤，采用渐进调整系数的方式进行图像色差的调整，形成最终色度一致、无接缝全 景图像的用于视频监控的多尺度柱面投影全景图像生成方法。
【发明内容】
[0007] 本发明为了解决如上问题，提供了一种用于视频监控的多尺度柱面投影全景图像 生成方法，技术方案如下： 一种用于视频监控的多尺度柱面投影全景图像生成方法，包括如下步骤： 步骤一、截取待拼接图像的预设重叠区域并投影到柱面，获得柱面投影图像； 步骤二、针对步骤一中得到的柱面投影，利用不同尺度的高斯滤波建立图像在各尺度 下的子图像，对各尺度的图像采用改进的Harris方法寻找特征点，并根据特征点所在的子 图像尺度信息采用SURF算子求这些特征点在该尺度下的特征向量； 步骤三、针对步骤二中求出的特征点，求得各特征点的特征向量之间的欧氏距离，寻找 匹配的特征点对，并采用多次迭代求内点数的方法对特征点对进行过滤，求得最优单应性 矩阵； 步骤四、根据最优单应性矩阵及所述单应性矩阵下的各内点坐标，求得拼接接缝的坐 标以及待拼接图像实际重叠区域； 步骤五，针对步骤四中拼接接缝左右实际重叠区域内的待拼接图像像素点进行色度的 调整以消除待拼接图像之间的接缝，求得待拼接图像之间的相对位移并将各待拼接图像拼 接在一起经裁剪得到最终的全景图像。
[0008] 优选的，在一种用于视频监控的多尺度柱面投影全景图像生成方法中，步骤一中 对柱面投影图像的获取过程，具体步骤如下： 首先，对于待拼接图像上的一点假设其投影后在柱面图像上的对应点为 ，根据柱面投影算法，已知待拼接图像的宽度和高度，求出投影后的图像宽度和 高度，具体公式如下：
【主权项】
1. 一种用于视频监控的多尺度柱面投影全景图像生成方法，包括如下步骤： 步骤一、截取待拼接图像的预设重叠区域，并投影到柱面，获得柱面投影图像； 步骤二、针对所述步骤一中得到的柱面投影，利用不同尺度的高斯滤波建立图像在各 尺度下的子图像，对各尺度的图像采用改进的Harris方法寻找特征点，并根据特征点所在 的子图像尺度信息采用SURF算子求这些特征点在该尺度下的特征向量； 步骤三、针对所述步骤二中求出的特征点，求得各特征点的特征向量之间的欧氏距离， 寻找匹配的特征点对，并采用多次迭代求内点数的方法对特征点对进行过滤，求得最优单 应性矩阵； 步骤四、根据所述最优单应性矩阵及所述单应性矩阵下的各内点坐标，求得拼接接缝 的坐标以及待拼接图像实际重叠区域； 步骤五，针对所述步骤四中拼接接缝左右实际重叠区域内的待拼接图像像素点进行色 度的调整以消除待拼接图像之间的接缝，求得待拼接图像之间的相对位移并将各待拼接图 像拼接在一起经裁剪得到最终的全景图像。
2. 根据权利要求1所述的一种用于视频监控的多尺度柱面投影全景图像生成方法，其 特征在于，所述步骤一中对柱面投影图像的获取过程，具体步骤如下： 首先，对于待拼接图像上的一点假设其投影后在柱面图像上的对应点为 ，根据柱面投影算法，已知待拼接图像的宽度和高度，求出投影后的图像宽度和 高度，具体公式如下：
其中，/为拍摄焦距，r表示待拼接图像的宽度，H表示待拼接图像的高度； 将待投影图像横向边缘坐标即X= 0和z= 代入f的计算公式，求得投影图像的横 向边缘坐标，从而可以得到投影后的图像宽度为
将待投影图像横向边缘坐标即
，纵向边缘坐标即或代入y的计算公式， 求得投影后的图像高度为H; 进一步地，对投影后图像中的任意点P，采用投影逆变换公式求得其在待投影图像中 对应点p的坐标为
J均为整数，K,v为〇和1之间的数；求点P处的像 素点值，即需要求得点P周围的四个像素点的值，点f1周围的四个像素点的坐标为b ，
进一步地，根据这四个点的像素值，采用双线性插值的方式求得点P处像素点的值，双 线性插值的公式为：
其中，表示待投影图像中坐标为处的像素点的坐标值； 将得到的投影图像作为待拼接图像进行步骤二的拼接操作。
3.根据权利要求1所述的一种用于视频监控的多尺度柱面投影全景图像生成方法，其 特征在于，所述步骤二中，利用不同尺度系数的高斯滤波器建立图像在各尺度下的子图像， 求取该尺度下的特征向量的具体步骤如下： 首先，利用不同尺度系数的高斯滤波器建立图像在各尺度下的子图像，首先构建尺度 空间，不同尺度下各坐标位置像素点的值的计算公式为：
其中，d表示不同尺度