隧道影像拼接方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于计算机视觉技术领域，特别涉及隧道影像拼接技术领域，能够获取大 视角的隧道场景影像。
【背景技术】
[0002] 由于隧道衬砌断面一般比较大，为了达到比较高的裂缝检测精度，必须要通过多 个面阵相机来实现隧道衬砌表面的覆盖。每两个相机之间会存在一定的重叠区域。为了直 观的展示隧道衬砌表面的病害，需要把多个面阵相机的图片数据进行拼接。即把数张有重 叠部分的图像、不同视角拼成一幅大型的无缝高分辨率图像。
[0003] 隧道影像拼接是将同时拍摄隧道同一截面的多张具有重合部分的图像经过配准、 融合，拼接成一幅包含截面的大视场图片。目前的图像拼接技术主要有时域的方法和频域 中的相位相关法等。其中基于特征匹配的方法是目前比较常用的一种方法。G.P. Stein提出 的参数求解方法，虽然精度较高，但是其检测相邻帧之间的纹理特征带来的计算量无法满 足快速隧道影像拼接的要求。基于特征点匹配，如SIFT等一些特征点检测算子进行特征点 匹配的方式，在进行特征点匹配的过程中计算量巨大，隧道影像拼接速度不能满足，而且对 于隧道影像的防火涂层或水泥表面纹理单一，特征较少，基于特征点匹配的方法往往对于 这一类的隧道影像不起作用。
[0004] 现实中的隧道壁表面一般比较光滑。纹理特征比较单一，除了有裂缝、水渍等一些 具有病害的区域和隧道壁上的设施外，隧道其他区域包含较少的特征。仅仅使用SIFT等一 类基于特征点匹配的方法是无法完成整个隧道的拼接，而且无法满足数据量极大的隧道影 像拼接要求。
[0005] 为了保证隧道影像具有较高的分辨率，采用不同相机和不同焦距，采集隧道影像， 因此待拼接的隧道影像包含众多不同相机和不同焦距镜所拍摄的影像，对拼接的鲁棒性提 出了更大的挑战。
【发明内容】
[0006] 本发明根据现有技术缺陷，提供一种隧道影像快速拼接方法及系统。
[0007] 为实现上述目的，本发明提供一种隧道影像拼接方法，用于对于隧道影像采集系 统中每个相机采集的图像进行拼接，所述隧道影像采集系统包括多个相机和一个激光扫描 仪，在采集车辆行驶过程中，所有相机同时曝光获取相应断面的隧道图像，对在某断面所有 相机一次曝光获取的隧道图像进行拼接，包括以下步骤，
[0008] 步骤一，归一化图像，基于激光扫描仪的数据，根据预先检校所得相机与激光扫描 仪的相对位置关系，解算出每个相机对应的物距，提取归一化系数，对每个相机采集的图像 进行归一化处理，得到分辨率一致的待拼接图像；
[0009] 所述提取归一化系数，对每个相机采集的图像进行归一化处理，实现方式如下，
[0010] 首先，利用以下公式求得各个相机拍摄图像的分辨率，
[0012] 其中，r为图像的分辨率，dpi为相机(XD上每个像元的大小，f为相机的焦距，s为相 机拍摄时的物距；
[0013] 然后，在获取各个相机拍摄图像的分辨率后，选取基准分辨率，对应的相机记为基 准相机;计算其他相机拍摄图像的分辨率与该基准分辨率的比值，获取的比值为归一化系 数；
[0014] 最后，根据计算得到的归一化系数;将其他相机拍摄图像的分辨率的宽高分别与 对应的归一化系数作乘积，获取相应归一化后的图像；
[0015] 步骤二，柱面投影，根据圆柱投影公式，将步骤一得到的所有待拼接图像投影到圆 柱面上，其中，圆柱投影的焦距和投影半径是基准相机对应的焦距和投影半径；
[0016] 所述圆柱投影公式的逆公式如下，
[0019] 其中，（x，y)表示原始图像上的点的坐标，（X7 )表示投影后的点的坐标，f表示 镜头的焦距，s表示投影半径；
[0020] 步骤三，特征匹配，包括采用特征匹配获取匹配点，对特征匹配无效的部分采用标 定匹配获取匹配点，并剔除错配点对的干扰；
[0021] 步骤四，计算变换矩阵，对步骤三处理得到的匹配点计算得到大小为3X3的初始 变换矩阵，进行简化提取平移参数，得到图像之间最终的变换矩阵；
[0022] 步骤五，统一坐标系，利用步骤四所得最终的变换矩阵将步骤二所得待拼接图像 依次转换到参考影像坐标系中，形成一幅大视场图像；
[0023] 步骤六，图像融合，将待拼接图像的重合区域进行融合得到拼接重构的平滑无缝 隧道图像。
[0024]而且，步骤三中，采用标定匹配获取匹配点的实现方式是，预先建立隧道模型提供 检校场，采集隧道模型上贴有标定纸的图像，对采集后的相邻图像进行特征点提取，获取标 定匹配点，当出现特征匹配无效的部分时，对该部分相应标定匹配根据步骤一所得对应的 归一化系数处理，然后按照步骤二的方式变换到柱面投影后的图像上，得到最终的匹配点。
[0025] 而且，步骤四中，初始变换矩阵为单应矩阵。
[0026] 而且，步骤六中，图像融合采用拉普拉斯金字塔融合方式。
[0027] 而且，根据单个断面的图像的拼接结果，将相邻断面之间的重叠部分去除，得到整 个隧道图像的拼接结果。
[0028] 本发明提供一种隧道影像拼接系统，用于对于隧道影像采集系统中每个相机采集 的图像进行拼接，所述隧道影像采集系统包括多个相机和一个激光扫描仪，在采集车辆行 驶过程中，所有相机同时曝光获取相应断面的隧道图像，对在某断面所有相机一次曝光获 取的隧道图像进行拼接，包括以下模块，
[0029] 归一化图像模块，用于基于激光扫描仪的数据，根据预先检校所得相机与激光扫 描仪的相对位置关系，解算出每个相机对应的物距，提取归一化系数，对每个相机采集的图 像进行归一化处理，得到分辨率一致的待拼接图像；
[0030] 所述提取归一化系数，对每个相机采集的图像进行归一化处理，实现方式如下，
[0031] 首先，利用以下公式求得各个相机拍摄图像的分辨率，
[0033] 其中，r为图像的分辨率，dpi为相机(XD上每个像元的大小，f为相机的焦距，s为相 机拍摄时的物距；
[0034] 然后，在获取各个相机拍摄图像的分辨率后，选取基准分辨率，对应的相机记为基 准相机;计算其他相机拍摄图像的分辨率与该基准分辨率的比值，获取的比值为归一化系 数；
[0035]最后，根据计算得到的归一化系数;将其他相机拍摄图像的分辨率的宽高分别与 对应的归一化系数作乘积，获取相应归一化后的图像；
[0036]柱面投影模块，用于根据圆柱投影公式，将归一化图像模块得到的所有待拼接图 像投影到圆柱面上，其中，圆柱投影的焦距和投影半径是基准相机对应的焦距和投影半径； [0037]所述圆柱投影公式的逆公式如下，
[0040] 其中，（x，y)表示原始图像上的点的坐标，（X7 )表示投影后的点的坐标，f表示 镜头的焦距，s表示投影半径；
[0041] 特征匹配模块，用于采用特征匹配获取匹配点，对特征匹配无效的部分采用标定 匹配获取匹配点，并剔除错配点对的干扰；
[0042]变换矩阵模块，用于对特征匹配模块处理得到的匹配点计算得到大小为3X3的初 始变换矩阵，进行简化提取平移参数，得到图像之间最终的变换矩阵；
[0043] 坐标系统一模块，用于利用变换矩阵模块所得最终的变换矩阵将柱面投影模块所 得待拼接图像依次转换到参考影像坐标系中，形成一幅大视场图像；
[0044] 图像融合模块，用于将待拼接图像的重合区域进行融合得到拼接重构的平滑无缝 隧道图像。
[0045] 而且，特征匹配模块中，采用标定匹配获取匹配点的实现方式是，预先建立隧道模 型提供检校场，采集隧道模型上贴有标定纸的图像，对采集后的相邻图像进行特征点提取， 获取标定匹配点，当出现特征匹配无效的部分时，对该部分相应标定匹配根据归一化图像 模块所得对应的归一化系数处理，然后按照柱面投影模块的方式变换到柱面投影后的图像 上，得到最终的匹配点。
[0046] 而且，变换矩阵模块中，初始变换矩阵为单应矩阵。