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全景图的种类及opencv实现 | bfcat

 zzuliu360Lib 2014-05-12

全景图概述

每当一个平面图像映射到一个弯曲的表面就会发生图象投影,反之亦然,这中现象特别常见于全景摄影。例如地球的球面可以映射到一块平坦的纸张。由于在我们周围的整个视场的可以被认为是作为球体的表面(对于所有观测角度),我们需要一种能将球形投影到2-D平面以便照片打印的方法。

narrow angle spherical projection                   wide angle spherical projection
                 窄视角                                                                宽视角
(网格基本是方的)                                               (网格严重扭曲)

小的视角相对容易进行形变并投影到平坦的纸上。但是,当试图把一个球形图像映射到一个平面上,有些变形是不可避免的。因此,每一种类型的投影仅仅尝试避免一种类型的失真,这是以牺牲其他失真为代价的。随着视场角增大,观测弧(viewing arc)变得更弯曲,从而全景投影类型之间的差异变得更加显着。什么时候使用那一种投影,在很大程度上取决于每个投影应用。 在这里,我们集中介绍在几个最常用。

全景图的种类

Equirectangular Projection, with permission from Ben Kreunen

Equirectangular: 将球形的经度和纬度坐标,直接到水平和垂直坐标的一格,这个网格的高度大约宽的两倍。因此从赤道到两极,横向拉伸不断加剧,南北两个极点被拉伸成了扁平的网格在整个上部和下部边缘。 Equirectangular可以现实整个水平和竖直的360全景。

Cylindrical projection, with permission from Ben Kreunen

圆柱投影: 类似equirectangular,只是随着目标接近南北两极,纵向也会拉伸,两极会发生无限的纵向拉伸(因此这个扁平网格的顶部和底部没有水平线) 。由于这个原因,柱面投影不太适合具有非常大的垂直视角的图像。柱面投影是传统摆动镜头全景胶片相机所提供的标准投影方式。其对于目标尺寸的保持比直线投影更准确,然而这样就将平行于观测者视线的直线渲染成了曲线。

Rectilinear projection, with permission from Ben Kreunen

直线投影:主要优点在于,它把三维空间中的所有直线映射成二维网格上的直线。这种投影类型是大多数普通广角镜头所希望的,所以这也许是我们最熟悉的投影方式。它的主要缺点是,随着视角增加,它会大大加剧透视效果,从而导致在图像的边缘的对象产生歪斜。因此,对于远大于120度的全景图,一般不推荐直线投影。

鱼眼投影: 目标是创建一个扁平的网格,到该网格中心的距离大约是实际可视角度的正比关系,这样产生的图像类似于观看一个镜面的金属球。这通常不作为全景摄影的拼接方式,但是当使用鱼眼镜头的时候,这种投影方式可以采纳。鱼眼投影的垂直和水平的角度限制为180度或更小,其得到的图像可以放在一个圆里。因此,当直线离图像网格中心越远,曲率就会越大。鱼眼镜头的相机在创建涵盖了整个视野的全景图时候很游泳,因为往往只需很少的照片,就可以创建全景。

MercatorProjection

摩卡托投影:和圆柱以及equirectangular投影关系非常密切。是这两种类型之间的一种折衷。和柱面投影相比,其产生更小的垂直拉伸和更大的可用的垂直角度,但是直线会更加弯曲。这个投影方式最有名的应用就是在平面地图上,我们也注意到,这个方法的另一种变形:横轴摩卡托投影,可以被用于生成很高的纵向全景图。

SinusoidalProjection

正弦投影:目标是保持所有网格区域的面积。如果用这种投影将地球变平,可以使用反变换再次形成一个面积和形状不变的球体。面积相等的特性是非常有用的,因为其保持了一致的水平和竖直分辨率。此投影类似的鱼眼和立体图投影,但它保持了纬线的完全水平。

StereographicProjection

StereographicProjectionMap

立体图投影:和鱼眼投影类似,但它通过随着目标远离透视中心,逐渐进行拉伸的方法,保持了更好的透视感。这种透视增长的特性有点类似与直线投影的效果。

 

OpenCV快速实现全景拼接

最新版的opencv2.4里面有很多新元素。 stitching module 就是一个非常有用的. 在opencv的例程文件夹里,有一个很好的脚本叫做 stitching_detailed.cpp. 这个脚本包括了创建全景图的全部过程,包括特征提取,匹配,warp,以及合成。安装好opencv以后,可以简单的通过命令行来测试这个例程:

$ ./stitching_detailed Univ*.jpg

这会使用默认参数来创建一个result.jpg的最终文件,来源的图片是以 "Univ"开头的jpg图像. 可以通过help察看一些设置

$ ./stitching_detailed --help

例如,可以改变投影的方式,默认是球面投影. 下面的例程用摩卡托投影法:

$ ./stitching_detailed Univ*.jpg --warp mercator

结果如下:原图像可以在这里找到

柱面

平面

摩卡托

 

参考文献:

http://www.

http://wiki.

http://mathworld.

http://www.

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