[发明专利]4路钻孔孔壁视频的柱面全景图生成方法及装置

摘要

一种4路钻孔孔壁视频的柱面全景图生成方法及装置，包括四路视频输入装置、视频预处理装置、柱面投影装置、图像配准装置以及图像拼接融合装置，所述图像预处理装置包括图像几何校正装置、图像颜色校正装置。本发明4路钻孔孔壁视频的柱面全景图生成方法及装置，提出一种基于相互垂直放置的4部摄像机系统的全景图生成方法，从根本上解决了上述出现的技术难题，使钻孔成像技术得到了突破性、实质性的进展，采用4路孔壁视频，从四个不同方向同时对孔壁四周成像，相邻两个方向的视频图像存在孔壁同一区域成像部分，同一个方向上的视频图像帧间存在着孔壁同一区域的成像部分，经过视频图像间的图像特征，拼接处理后得到全景视频。

主权项

一种4路钻孔孔壁视频的柱面全景图生成方法，其特征在于包括如下步骤：(1)选取四部摄像机，将四部摄像机连接成一体，构成摄像机组；在同一平面内背向同一中心点相互垂直放置，拍摄方向与钻孔孔壁所在的圆柱面相互垂直；将摄像机组放入孔内；(2)摄像机组沿孔壁纵向移动设定距离；(3)钻孔视频摄像头移动过程中某一时刻同时提取4张单个图像文件；(4)消除不同摄像机间的色差；(5)分别将4张图像通过柱面坐标变换公式转化为孔壁信息的柱面投影图；(6)进行图像配准；相邻摄像头间提取的图像的柱面投影图包含了相同的孔壁信息，根据图像间的特征进行横向拼接，就得到了某一时刻钻孔孔壁的360度横向拼接图；(7)保存横向拼接图像；(8)判断摄像机纵向移动是否完毕，摄像机纵向移动没有完毕，返回步骤(2)，摄像机纵向移动完毕执行步骤(9)；(9)相邻图像纵向拼接；(10)得到钻孔孔壁全景图；柱面投影变换的核心是投影变换公式中K为柱面投影空间，I表示原始图像，I`是柱面投影图像，坐标原点O选为圆柱中心；假定图像中心点就是光轴与图像平面的交点，现在要得到O点观察到的原始图像I，在柱面投影空间K上的柱面投影图像I`；设柱面半径为r，投影角为θ，图像宽度为W，图像高度为H，得到柱面图像的宽度为2rsin(θ/2)，高度仍为H；图像的像素坐标均以图像平面中的最左上角像素为坐标原点；对原始图像I上的任意一点P(x，y)，在柱面投影图像I`上的对应点为P`(x`，y`)，对点P沿x‑z平面和y‑z的横截面，可得柱面投影变换公式：x`＝r*sin(θ/2)+r*sin(arctan(x‑W/2)/r)y`＝H/2+r*(y‑H/2)/k其中：k＝sqrt(r*r+(W/2‑x)(W/2‑x))r＝W/(2tan(θ/2)),原始图像I经过柱面投影正变换得到柱面投影图像I`，I`可以用于图像间的配准和拼接；图像配准包含两个方面：投影到柱面后，同一时刻对相邻方向上视频柱面投影图像进行配准；投影到柱面后，同一摄像机相邻时刻的视频帧间柱面投影图像进行配准；图像灰度特征的图像配准方法，具体步骤如下：(1)图像灰度投影法：首先将某部摄像机某一时刻的二维图像分别沿着X、Y轴做灰度投影，对应的投影曲线称为灰度投影特征曲线；(2)对连续两帧图像或同一时刻相邻方向上的投影图像分别作灰度投影，得到两幅图像的灰度投影特征曲线，分析两条特征曲线间的相关性，即可得出两幅图像间的X、Y方向的位移量。