广角镜头全方位监控器及图像匹配的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种柱状全景监控装置及图像匹配的方法，特别适用于一个摄像头无 法全方位无死角拍摄监控图像的场合。
【背景技术】
[0002] 传统摄像头往往采用一个感光元件，其后接一个视频处理单元，监控器得到的图 像只是这个摄像镜头对准的区域内的图像画面，这种方案监控覆盖范围有限，存在大范围 的盲区和死角，无法拍摄到摄像镜头对准区域以外的画面。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是为了解决上述技术中存在的问题，而提供一种能够全周监控，没 有盲区和死角的柱状全景监控装置及图像匹配的方法。
[0004] 为实现上述目的，本发明设计的一种柱状全景监控装置，包括多路图像采集单元、 一个图像处理器、一个图像显示器，所述多路图像采集单元的输出端连接图像处理器的输 入端，所述图像处理器的输出端连接图像显示器的输入端；所述多路图像采集单元为2-16 路分层布置的图像采集设备，所述2-16路图像采集设备均匀分布在上下分层的圆周上；所 述图像处理器包括图像读取及预处理模块、图像畸变校正变换模块、索引图像畸变校正模 块、图像投影柱面模块、基于模板匹配算法模块、灰度化及剔除空白模块、渐入渐出融合模 块；所述图像读取及预处理模块的输出端连接图像畸变校正变换模块的输入端，所述图像 畸变校正变换模块的输出端连接索引图像畸变校正模块的输入端，所述索引图像畸变校正 模块的输出端连接图像投影柱面模块的输入端，所述图像投影柱面模块的输出端连接基于 模板匹配算法模块的输入端，所述基于模板匹配算法模块的输出端连接灰度化及剔除空白 模块的输入端，所述灰度化及剔除空白模块的输出端连接渐入渐出融合模块的输入端。
[0005] 在上述技术方案中，所述图像畸变校正变换模块包括畸变校正正变换模块、结果 存放矩阵模块和畸变校正逆变模块，所述畸变校正正变换模块内含有畸变校正正变换算 法，通过畸变校正正变换公式计算出校正图像的大小，所述畸变校正正变换公式：
[0006]
[0007] 上述结果存放矩阵模块为畸变校正正变换后创建的两个矩阵，用于存放上述畸变 校正正变换结果；
[0008] 所述畸变校正逆变模块内含有逆变算法，通过逆变换公式计算得到图像校正后的 坐标点（X，y) - (u，V)，逆变换公式为： CN 105120229 A VL 贝
[0009]
[0010] 上述畸变校正正变换公式和逆变换公式中，x、y为图像读取及预处理模块获取的 图像中点的横坐标和纵坐标，u、V为图像校正后点的横坐标和纵坐标，k为摄像镜头路数确 定后的平均畸变系数，坐标的对应关系储存后输入至索引图像畸变校正模块用于索引图像 畸变校正。
[0011] 在上述技术方案中，所述索引图像畸变校正模块获取结果存放矩阵模块中两个索 引矩阵，使用索引的方法加快畸变校正速度。
[0012] 在上述技术方案中，所述图像投影柱面模块用于将畸变校正后的图像投影至同一 参考坐标圆柱面上，投影变换公式：
[0013]
[0014] 其中：x、y为畸变校正后的图像上像素点的横坐标和纵坐标，u、v为投影变换后像 素点的横坐标和纵坐标，r为焦距，W为每路图像采集单元的像素宽度，H为每路图像采集单 元的像素高度，
[0015]
[0016] 本发明同时提供一种柱状全景监控装置进行图像匹配的方法，通过以下步骤，实 现图像的匹配：
[0017] ( 一）、两幅图像的水平位移TempDsplyX和垂直位移TempDsplyY通过两层循环来 丰吴拟；
[0018] (二）、模板大小参数 TemplateX 和 TemplateY ;
[0019] (三）、然后在图像重叠部分选取一块固定的大小区域进行灰度值差异统计 存入TempDifference与初值为0的Difference变量进行比较，保存数值较小的值于 Difference中，并同时将当前的TemplateX和TemplateY值分别保存于DsplyX、DsplyY中； 因为是固定区域，所以循环条件TempDsplyX初值不能小于模板宽度；
[0020] (四）、循环结束后，变量DsplyX、DsplyY中存储的值就是所需的两图位置关系值， 从而实现图像的配准。
[0021] 在上述技术方案中，所述灰度化及剔除空白模块用于将图像中空白无用区域去 除，并灰度化图像来减少计算量，加快运行速度。
[0022] 在上述技术方案中，所述渐入渐出融合模块通过以下步骤，实现两幅图像中图像I 和图像2融合后图像平滑，视觉上分辨不出差异：
[0023] (1)、在图像1上下加入零矩阵，以此来模拟图像的垂直平移；
[0024] (2)、在图像1后面加入零矩阵，以此来模拟图像的水平平移；
[0025] (3)、通过循环实现图像的渐入渐出拼接；
[0026] (3. 1)、对于重叠部分之后的内容，直接复制图像2的内容；
[0027] (3. 2)、对于重叠区域内，图像2有数据，图像1没数据的，等于图像2数据；
[0028] (3. 3)、对于重叠部分的区域，采用渐入渐出的方法：
[0029] (3. 31)、假设图像重叠部分是W个单位；
[0030] (3.32)、第一个单位灰度值：图像1*(1/￥)+图像2*[1-(1/￥)];
[0031] (3. 33)、此后系数的分布分别改变一个单位即可。
[0032] 本发明中的摄像镜头的路数不定，可以是2-16路，多路摄像镜头从不同的角度采 集图像信息，从视频中读取某帧，进行畸变校正，并将图像与图像之间建立在同一个参考系 下，以圆柱面作为参考系，实现圆柱投影，基于模板匹配的方法实现图像的匹配，将图像中 空白无用区域去除，并灰度化图像来减少计算量，加快运行速度。图像位置匹配后，图像之 间会由于曝光等原因，使图像的亮度差异较大，直接融合图像，会带来明显的差异，所以采 用渐入渐出的方式来融合，使图像平滑，视觉上分辨不出差异，得到完全反应实物的全方位 清晰画面。
[0033] 本发明监控器得到的图像为监控区域内全方位图像无死角，一个监控器可以代替 多个从不同角度拍摄的监控器，节约监控成本，同时可方便获取同一个区域内的全方位清 晰视频图像。
【附图说明】
[0034] 图1是本发明原理框图；
[0035] 图2是本发明的图像处理器（2)原理框图；
[0036] 图中：1_摄像镜头；2-图像处理器；3-图像显示器；
[0037] 2. 1-图像读取及预处理模块；2. 2-图像畸变校正变换模块；2. 3-索引图像畸变校 正模块；2. 4-图像投影柱面模块；2. 5-基于模板匹配算法模块；2. 6-灰度化及剔除空白模 块；2. 7-渐入渐出融合模块。
【具体实施方式】
[0038] 以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：
[0039] 如图1的柱状全景监控装置，包括多路图像采集单元（1)、一个图像处理器（2)、 一个图像显示器（3)，多路图像采集单元（1)的输出端连接图像处理器（2)的输入端，图像 处理器（2)的输出端连接图像显示器（3)的输入端；多路图像采集单元（1)为2-16路分 层布置的图像采集设备，2-16路图像采集设备均匀分布在上下分层的圆周上；图像处理器 (2)包括图像读取及预处理模块（2. 1)、图像畸变校正变换模块（2. 2)、索引图像畸变校正 模块（2. 3)、图像投影柱面模块（2. 4)、基于模板匹配算法模块（2. 5)、灰度化及剔除空白模 块（2.6)、渐入渐出融合模块（2. 7)，如图2所示，图像读取及预处理模块（2.1)的输出端 连接图像畸变校正变换模块（2. 2)的输入端，图像畸变校正变换模块（2. 2)的输出端连接 索引图像畸变校正模块（2.3)的输入端，索引图像畸变校正模块（2.3)的输出端连接图像 投影柱面模块（2.4)的输入端，图像投影柱面模块（2.4)的输出端连接基于模板匹配算法 模块（2.5)的输入端，基于模板匹配算法模块（2.5)的输出端连接灰度化及剔除空白模块 (2. 6)的输入端，灰度化及剔除空白模块（2. 6)的输出端连接渐入渐出融合模块（2. 7)的输 入端。
[0040] 图像畸变校正变换模块（2. 2)包括畸变校正正变换模块、结果存放矩阵模块和畸 变校正逆变模块，所述畸变校正正变换模块内含有畸变校正正变换算法，通过畸变校正正 变换公式计算出校正图像的大小，所述畸变校正正变换公式：
[0041]
[0042] 结果存放矩阵模块为畸变校正正变换后创建的两个矩阵，用于存放上述畸变校正 正变换结果；
[0043] 畸变校正逆变模块内含有逆变算法，通过逆变换公式计算得到图像校正后的坐标 点（X，y) - (u，V)，逆变换公式为：
[0044]
[0045] 畸变校正正变换公式和逆变换公式中，X、y为图像读取及预处理模块（2. 1)获取 的图像中点的横坐标和纵坐标，u、V为图像校正后点的横坐标和纵坐标，k为摄像镜头（1) 路数确定后的平均畸变系数，坐标的对应关系储存后输入至索引图像畸变校正模块（2. 3) 用于索引图像畸变