基于相對(duì)定向的數(shù)碼相機(jī)影像鑲嵌技術(shù)

摘 要：針對(duì)數(shù)碼相機(jī)拍攝的有一定重疊度的數(shù)字影像，利用二維直接線性變換糾正變形誤差，然后采用相對(duì)定向的方法進(jìn)行鑲嵌，取得了較好的效果。

關(guān)鍵詞：相對(duì)定向 影像鑲嵌 二維直接線性變換

中圖分類號(hào)：TP2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）05（a）-0003-02

數(shù)碼相機(jī)時(shí)光、機(jī)、電一體化產(chǎn)品，能直接生成數(shù)字影像，在計(jì)算機(jī)內(nèi)可進(jìn)行處理。基于這些優(yōu)點(diǎn)，普通數(shù)碼相機(jī)正被廣泛的應(yīng)用在諸多領(lǐng)域。將數(shù)碼相機(jī)拍攝的影像中兩幅以上的具有部分重疊的圖像進(jìn)行無(wú)縫拼接從而得到較高分辨率或?qū)捯暯堑膱D像的技術(shù)稱為影像鑲嵌，該技術(shù)可用于獲得大面積目標(biāo)的影像。

現(xiàn)階段主要的鑲嵌方法有利用幾何糾正的方法搜索重疊區(qū)域，進(jìn)行輻射校正，多尺度插枝等技術(shù)實(shí)現(xiàn)航空像片的無(wú)縫自動(dòng)鑲嵌[1]；利用重疊區(qū)域選擇控制點(diǎn)，按控制點(diǎn)追蹤進(jìn)行鑲嵌，采用遞推式灰度調(diào)整保證灰度圓滑[2，3]；利用相位相關(guān)算法獲得兩幅圖像的大致重合位置后，通過Harris特征跟蹤算子獲得大量的對(duì)應(yīng)特征點(diǎn)，然后利用最小中值二乘法來剔除前面匹配過程中的局外點(diǎn)[4]；針對(duì)序列影像，在旋轉(zhuǎn)量很小的情況下，使用圖像配準(zhǔn)技術(shù)，把二幅圖像合成同一坐標(biāo)系下的圖像，進(jìn)而再把這幅圖像與另一幅圖像合成一幅圖像，最終把一個(gè)同一場(chǎng)景的序列圖像合成為統(tǒng)一坐標(biāo)系下的全維場(chǎng)景[5]。

以上的這些方法建立的相鄰兩張影像的幾何關(guān)系時(shí)都是簡(jiǎn)單的線性變化或仿射變化模型，并考慮攝影時(shí)幾何關(guān)系。本文給出了一種基于相對(duì)定向技術(shù)的影像鑲嵌方法，建立了嚴(yán)格的攝影幾何模型。本文首先利二維直接線性變換糾正相片變形誤差，然后采用相對(duì)定向的方法確定鑲嵌參數(shù)，最后近行二維影像鑲嵌。

1 影像變形改正方法

數(shù)碼相機(jī)拍攝的影像變形主要包括光學(xué)鏡頭畸變和機(jī)械誤差，其中光學(xué)畸變包括徑向畸變和離心畸變。這些畸變對(duì)影像鑲嵌的影響很大，因此在鑲嵌前，必須糾正影像的變形。本文采用的是二維直接線性變換方法糾正影像變形。

數(shù)字影像的是掃描坐標(biāo)與像片平面坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系可由仿射變形實(shí)現(xiàn)，如公式（1）所示。

2 基于相對(duì)定向的數(shù)字影像鑲嵌的原理

影像鑲嵌的核心是根據(jù)相鄰影像的同名點(diǎn)求出影像的配準(zhǔn)模型，根據(jù)配準(zhǔn)模型重采樣得到鑲嵌影像。本文采用的配準(zhǔn)模型是攝影測(cè)量的相對(duì)定向模型。

（1）數(shù)字影像相對(duì)定向。

相對(duì)定向元素是確定相鄰兩張像片相互位置關(guān)系所必需之元素，其目的是通過相鄰兩張像片中一張像片相對(duì)于另一張像片的平移和旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到恢復(fù)兩張像片攝影瞬間的相對(duì)位置，建立與相應(yīng)地表相似的數(shù)學(xué)模型。相對(duì)定向元素的解求通常通過列共面條件方程，列誤差方程繼而通過法方程來解算。本文采用的是連續(xù)法相對(duì)定向，即以左影像為基準(zhǔn)，采用右影像的直線運(yùn)動(dòng)和角運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)相對(duì)定向，其定向元素為（bY，bZ，φ，ω，κ）。

采用共面條件（共面條件方程）：

（2）基于相對(duì)定向結(jié)果鑲嵌。

相對(duì)定向元素解求之后，相鄰像對(duì)間的相互關(guān)系也就確定了。當(dāng)模型基線bx為相鄰像對(duì)左右視差時(shí)，可認(rèn)為像對(duì)上同名點(diǎn)重合。因此左片上點(diǎn)的像空輔坐標(biāo)可表示為：

同時(shí)也右片上該點(diǎn)的像空輔坐標(biāo)，根據(jù)共線方程，可求得左片上（x1，y1）在右片的同名點(diǎn)為：

3 試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)表明，本文的方法對(duì)數(shù)碼相機(jī)拍攝的固定焦距的序列影像能很好的鑲嵌。由于采用了嚴(yán)格的相對(duì)定向模型，鑲嵌的精度較高。同名點(diǎn)的選擇對(duì)鑲嵌的精度影響很大，如何自動(dòng)的在信息很相似的影像上提取同名點(diǎn)是今后研究的重點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 馮鐘葵，劉建波.TM圖像數(shù)字鑲嵌的幾何精度分析及鑲嵌方法的探討[J].環(huán)境遙感，1996，11（4）：295-301.

[2] 田金文，蘇康，柳健，等.航空影像的自動(dòng)無(wú)縫鑲嵌[J].華中理工大學(xué)學(xué)報(bào)，1998，26（11）：11-13.

[3] 楊文久，劉心季.不同時(shí)相遙感圖像的鑲嵌技術(shù)[J].國(guó)土資源遙感，1994，20（2）：46-51.

[4] 宋利，周源華，周軍.基于特征匹配的魯棒圖像鑲嵌[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，38（5）：783-786.

[5] 何強(qiáng)，馬頌德.一種在旋轉(zhuǎn)量很小情形下的圖像鑲嵌技術(shù)[J].計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)，1998，21（6）：572-576.

[6] 程效軍，胡敏捷.數(shù)字相機(jī)的檢校[J].鐵路航測(cè)，2001（4）：12-14.

[7]李德仁，鄭肇葆.解析攝影測(cè)量學(xué)[M].北京：測(cè)繪出版社，1992.