[发明专利]一种特征点标定和匹配的图像拼接方法

说明书

技术领域

本发明属于图像拼接技术领域。

背景技术

图像拼接技术是数字图像处理一个重要的研究领域，就是将多幅相互间存在重叠部分的图像序列进行空间配准，经重采样融合后形成一幅包含各图像序列信息、宽视角场景、完整和高清晰的新图像，其本质是对待拼接图像重复区域配准和图像融合的过程。在图像拼接技术中，基于特征点提取是一种较为行之有效的常规方法。该方法遵循步骤如下：首先提取两幅待拼接图像的特征点，然后将两幅图像中的特征点配对，最后求解投影变换矩阵及配准图像矩阵转换，最终完成两幅图像同一空间的拼接。

对图像拼接效果、处理速度起重要作用的是特征点检测和特征点匹配。两幅图像特征点检测、匹配的方法多种多样，然而这些方法要么是拼接质量高、计算量大，要么就是计算量小、拼接质量低。如何快速地检测特征点，并完成特征点的准确匹配，是有效完成图像拼接的关键。

传统图像拼接算法描述如下：

1)检测基准图像、配准图像特征点或特征模块；

2)完成两幅图像的特征点匹配；

3)选择匹配最优的4对特征点；

4)根据4对特征点求解投影变换矩阵；

5)进行基于投影变换矩阵的配准图像投影变换；

6)最后完成基准图像、配准图像同一空间的无缝拼接。

传统图像拼接算法通用性广，能完成动态拍摄两幅图像自动拼接，但具有计算量大缺陷。例如，Zhang等学者提出的一种图像拼接中筛选特征点匹配对的方法，该方法通过有针对性地优先抽取特征更为相似的、空间上更为分散的特征点对，较快较好地筛选出正确的匹配对。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种特征点手动标定和匹配的图像拼接方法，能够省略图像特征点检测、特征匹配计算，减少图像拼接算法的计算量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

步骤1：固定两个摄像头，使得采集的图像与水平面的夹角在20°之内，且两个摄像头采集的图像在水平方向具有30％以上重叠区域；以其中一个摄像头采集的图像作为参考基准图像，另一个摄像头采集的图像作为观察配准图像，参考基准图像的重叠区域具有4个以上特征点，所述的特征点两两之间像素距离大于30，且任意三个特征点不在一条直线上，每个特征点周边相邻的8个点中有1、3、5或7个点和该特征点的像素值之差大于64；

步骤2：以某一个特征点J为中心提取5×5像素区域的像素值矩阵f(x_i,y_j)，i＝0,1,2,3,4，j＝0,1,2,3,4，以像素值矩阵f(x_i,y_j)为模板，在观察配准图像的重叠区域中全局搜索，当发现配准图像中某个点P对应的局部领域5×5像素矩阵g(m_i,n_j)满足条件时，即找到观察配准图像中对应的匹配特征点P；遍历参考基准图像中的每一个特征点并重复本步骤，得到4对特征点；

步骤3：对4对特征点从观察配准图像到参考基准图像的投影变换矩阵进行求解，计算出投影变换的8个参数，包括尺度和旋转量，水平、垂直方向位移和水平、垂直方向的变形量，然后对观察配准图像进行投影变换，最后进行基于渐入渐出视频图像无缝拼接处理，得到拼接图像；

步骤4：对参考基准图像、观察配准图像和拼接图像进行分屏显示，判断重叠区域是否有重影和缝隙，若有，则对4对特征点的标定位置进行调整，返回步骤1，若无，则进入下一步；所述的调整是指将特征点上下或左右移位不超过3个像素；

步骤5：撤销参考基准图像、观察配准图像和拼接图像的分屏显示，全屏显示拼接图像。

本发明的有益效果是：本发明通过标定特征点和匹配，能够精确地获取投影变换矩阵，在此基础上完成两个位置相对固定摄像头的视频图像无缝拼接处理，省略了视频图像特征点检测和匹配处理计算量，大大降低了视频图像拼接处理计算量。

本发明所提的技术方案一旦精确获取两个位置相对固定摄像头所采集视频图像的4对匹配特征点，只要两个摄像头相对位置、焦距不变，在此基础上推导出来的投影变换矩阵满足不同场景下的视频图像拼接要求。

附图说明

图1是特征点标定和匹配的图像拼接方法流程图；

图2是调试验证系统硬件组成图；

图3是基准图像；

图4是配准图像；

图5是特征点标定示意图；

图6是特征点配准示意图；

图7是拼接图像。