基于图像漫游技术生成360度全景图像

基于图像漫游技术生成 360 度全景图像 摘 要 本文就基于图像的漫游技术 使用计算机相 关设计与技术对多幅实景图像或连续相片自动拼接 变换 与组织 生成相片质量视觉效果的虚拟场景 本文介绍全 景图像含义及研究意义 并将其生成方法进行了简单的介 绍 并利用 ArcSoft Panorama Make 5 软件对源图像进行处 理 得到一幅完整的全景图像 本文实验采集了武昌理工 大学部分区域的全景图像 并发布到了 IE 平台上 使得全 景图的浏览更具有真实性和亲切感 关键词 全景图像 柱面全景图 虚拟场景 拼接 中图分类号 TP39 文献标识码 A 1 研究背景和意义 全景图具有广阔的应用领域 如建筑房地产 旅游景 点 装修效果 酒店宾馆等 在建筑设计 房地产或装潢 领域 可以通过全景技术来完成 全景图既弥补了效果图 角度单一的缺憾 又比三维动画来的经济实用 可谓设计 的最佳选择 作为个人用户 制作精美的全景图也可以有 效地向所有人展示出自己所看到的周围的全部景色 可以 非常容易地与任何人在线分享所做的全景图 并使其他人 真正获得全景图观看效果 人们不用下载任何软件 就像 观看相关照片或看视频一样来欣赏现实版的全景图 目前很多商业和企业大量使用 360 度全景图用来更好 地宣传自己的个人业务或企业形象 全景图生成技术 它 是基于 PC 和 OpenGL 的虚拟现实场景和虚拟漫游的基础 全景图像可以使用户在虚拟场景交互式浏览中较好的沉浸 感 并可以让用户在多个场景之间自由切换漫游 利用计 算机视觉的方法 从两个节点之间产生新的中间视点图像 通过在全景图像中的漫游可以使用户能够主动的从不同观 察点和方向了解环境 本文将对学校的虚拟漫游中的全景 图生成技术进行研究 2 全景图所用的技术 2 1 全景图像 全景图像 Panorama 通常是指大于双眼正常有效视 角 大约水平 90 度 垂直 70 度 或双眼余光视角 大约 水平 180 度 垂直 90 度 乃至 360 度完整场景范围拍摄 的照片 除了利用特殊的设备来获取全景图像 目前多采 用图像拼接技术 即用普通数码相机配合三脚架拍摄一组 有一定重叠度的相片 并利用软件将这些相片拼接成一副 高质量的图像 这是当前图像处理的一个热门研究课题 也是基于图像绘制的一部分 适用性很强 应用于虚拟漫 游 数字娱乐 旅游展示 远程教育 电子商务等领域 制作一幅完整全景图包括源图像的采集 特征点的提取 特征点的匹配 图像拼接和融合和全景图像后处理 2 2 OpenGL OpenGL 是行业领域中最为广泛接纳的 2D 3D 图形 API 其自诞生至今已催生了各种计算机平台及设备上的 数千优秀应用程序 OpenGL 是独立于视窗操作系统或其 它操作系统的 亦是网络透明的 在包含 CAD 内容创作 能源 娱乐 游戏开发 制造业 制药业及虚拟现实等行 业领域中 OpenGL 帮助程序员实现在 PC 工作站 超 级计算机等硬件设备上的高性能 极具冲击力的高视觉表 现力图形处理软件的开发 3 全景图生成方法 3 1 生成全景图的方法 生成全景图的方法 通常有四种 一是利用专用照相设备 例如全景相机 带鱼眼透镜 的广角相机等 其优点是容易得到全景图像且不需要复杂 的建模过程 但是由于这些专用设备价格昂贵 不宜普遍 适用 二是计算机绘制方法 该方法利用计算机图形学技术 建立场景模型 然后绘制虚拟环境的全景图 其优点是绘 制全景图的过程不需要实时控制 而且可以绘制出复杂的 场景和真实感较强的光照模型 但缺点是建模过程相当繁 琐和费时 三是利用普通数码相机和固定三脚架拍摄一系列的相 互重叠的照片 并利用一定的算法将这些照片拼接起来 从而生成全景图 此方法不需要投入较大的设备资金 并 且随着具有拍摄功能的便携式数字终端产品的日益普及 甚至还包括了具有拍摄功能的手机 使得采用手持普通数 码相机或手机的的方式获取全景图素材并进行拼接显示成 为学校虚拟漫游 数字娱乐 旅游展示 远程教育 电子 商务等领域更具有发展潜力的素材展示形式 四是图像拼接的核心技术是图像配准技术 配准算法 的好坏直接影响到全景图的真实感和生成过程的实时性 如何确定图像间的对应关系及模型中的参数就是图像配准 所要完成的工作 3 2 生成全景图的过程 我们一般选择第四方法 只需几个简单的操作步骤 就可自动完成全景图片从制作到发行的全过程 操作过程 如下 1 下载 ArcSoft Panorama Maker 软件 ArcSoft Panorama Maker 是一款高质量的专业拼图程序 可方便快 捷地将一系列重叠拍摄的图片自动拼接成一幅精美的全景 图片 Panorama Maker 支持多种 RAW 格式 可以与最新 的数码相机密切合作 除此之外 它还为专业用户提供了 贴心的手动微调选项 能够调整与编辑最后生成的图片 包括修改拼接点 拼接位置以及图片的亮度 对比度等 2 首先打开 ArcSoft Panorama Maker 选择拼合图像 支持五种专业的全景图拼接方式 自动 横向 360 平 铺 纵向等拼接模式 即 Auto Horizontal 360 Tile 及 Vertical 每一种模式下都可以手动调整匹配点和融合区域 打造完美全景图 并支持 3D 预览 包括 PageFlip Line Interleave Checkerboard Anaglyph 等 3D 预览效果 可 保存为 MPO 3D 图片格式 3 导入需要拼接的图像 无论水平方向还是竖直方向 软件都可以自动识别 通过图形菜单调整导入图像的位置 以便达到最佳的拼接效果 图像拼接是将多幅在不同时刻 从不同视角或者由不 同传感器获得的图像经过对齐然后无缝地融合在一起 从 而得到一幅大视场 高分辨率图像的处理过程 该图像被 称为全景图 由于拍摄全景图无法一次将 360 度场景拍摄 下来 所以必须分角度依序旋转且一张一张的拍摄连续性 照片下来 如图 1 所示 相机为旋转的中心点 分别以等 角度 分批将该场景拍摄下来 每张照片必须有重叠部分 建议重叠部分至少 15 以上 这样的连续照片才有缝合的 空间 图 1 拍摄连续性照片拼接图 4 图片顺序调整完毕之后 我们就可以拼接图片了 选择拼接菜单 点击开始软件就会自动对图片进行拼接 拼接速度和图片大小有关 总的来说速度还是比较快的 最后对图像参数进行设定 点击保存后一幅壮观的全 景照片便制作完成了 将描写一个环型场景的多个连续图 片无缝地接合在一起 形成一个 360 度 场景 图片 可 以在网页上播放 使你的页面更加生动活泼 例 图 2 信息工程学院 2 楼图 图 3 信息工程学院 1 楼图 3 3 图像拼接中的几个主要问题 1 使用图像数据和摄像机模型对几何失真进行校正 2 使用图像数据及摄像机模型进行图像对齐 3 消除拼接图像中的接缝 3 4 摄像机运动模型 在拍摄过程中由于摄像机镜头的运动 使得拍摄到的 相邻两幅图像中的景物会出现几何形变 通过寻找能够恰 当地将一幅图像与另一幅图像对准的几何变换来将两幅图 像对齐 这些变换被称为对应 homography 换句话说 这些几何变换是一种映射 两幅有重叠区域的图像 其中一幅图像重叠区域中的 一个点经过这种几何变换将被映射到另外一幅图像重叠区 域中的某个点上 这样这两个点形成了对应关系 在固定位置拍摄的条件下 我们通常使用以下图 4 参 数运动模型以及其简化形式来概括或计算这些几何变换 图 4 参数运动模型以及其简化形式 改进图像对齐算法 使用全局对齐算法以减少累计误 差 并最终实现自动对齐而无续人工干预 图像合成部分 可以通过直方图均衡化或者平滑函数等方法来对图像拼接 后的出现的接缝进行处理 4 总结 360 度全景图虚拟展示的是置身现场的感觉信息传递效 果 人类的视野范围不再受到限制 拓宽到了 360 观看 者会产生 人在画中走 的感觉 通过其自带的浏览器观 察 有一种身临其境和强烈的动感和影像透视效果 这种 三维虚拟应用 充分发挥出信息沟通传递的效应 满足人 们对日常生活信息需求 如放在自助旅行中 可以边观察 着边根据自己的意愿互动式操作 结合地图信息导航 边 走