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第6章全景图像的拼接技术

全景图像(全景图)的拼接是指利用摄像机的平移或旋转得到的部分重叠的图像样本，生成

一个较大的甚至360°的全方位图像的场景绘制方法。换句话说，就是给定某个真实场景的一

组局部图像，然后对这一组图像进行拼接，生成包含这组局部图像的新视图。目前全景图像基

本可分为柱面、球面、立方体等形式，以柱面和球面全景图最易实现而普遍采用。本节主要介

绍柱面和球面全景图像的拼接算法。

全景图的拼接一般有以下几个步骤。

(1)将从真实世界中拍摄的一组照片以一定方式投影到统一的空间面上，如立方体、圆柱

体和球体表面等，这样这组照片就具有统一的参数空间坐标。

(2)在这个统一的空间对相邻图像进行比较，以确定可匹配的区域位置。

(3)将图像重叠区域进行融合处理，拼接成全景图。

在全景图的拼接中，一般都是根据图像序列中相邻两幅图像的重叠区域的相似性来实现

的，有基于特征的方法和直接方法等。本章将主要从基于特征的方法和直接方法两方面介绍柱

面和球面全景图像的拼接算法技术。

6.1柱面全景图像拼接技术

本节分为两部分：第一部分是基于特征的拼接算法，这种算法主要从两幅图像中选择一系

列特征，然后根据相似性原则进行图像间的特征匹配，这一部分介绍了基于特征点和特征块匹

配的全景图像拼接算法；第二部分是基于相位相关拼接算法，这种方法是直接从图像的重叠区

域对应像素灰度值出发考虑，利用所有可利用的数据实现很精准的匹配。

6.1.1基于特征的拼接算法

1.基于特征点的拼接算法

本节提出一种基于特征点匹配的柱面全景图像拼接算法。首先将360°环绕拍摄的序列图

像投影到柱面坐标系下：然后提取各图像的尺寸不变特征变换(ScaleInvariantFeature

Transform,SIFT)特征点，通过特征点匹配完成两幅图像的配准；再根据配准结果计算出图像

间的变换参数；最后采用加权平均的融合方法对两幅图像进行无缝拼接。

1)柱面投影变换

在进行柱面全景图的拼接过程中，为了保持实际场景中的空间约束关系和实际场景的视觉

一致性，需将拍摄得到的反映各自投影平面的重叠图像序列映射到一个标准的柱面坐标空间

上，即柱面投影，得到柱面图像序列，再进行拼接得到柱面全景图。

I

柱面投影变换的核心是投影变换公式，如图6.1.1(a)所示为柱面投影空间，表示原始图

像，是I的柱面投影图像，坐标原点选为圆柱中心(投影中心)，假定摄像机的运动都发生

在O-xz平面，而且图像中心点就是光轴与图像平面的交点，现在要得到点观察到的原始图

IKW

像在柱面空间上的柱面投影图像。设柱面半径，投影角为，图像宽度为，图像高度

HH

为，容易得到柱面图像的宽度为,高度仍为。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。

Px,yPO-xz

对于图像I上的任意一点()，在柱面图像I’上的对应点为,对点沿

平面和O-xz的横截面分别如图6.1.1(b)和图6.1.1(c)所示，可得柱面投影变换公式

式中，，。

图6.1.1柱面投影变换示意图

为拍摄焦距，为每张图像所占的弧度角，一副全景图像所占的角度为360°。假设相机

拍摄时为等转角拍摄，相邻两幅图像重合度均为，拼接成一副全景图像需要待拼接图像总数

为，难么每一幅图像所占的弧度角就可以近似为

2)图像配准

在全景图的拼接中，图像的配准既是一个难点又是一项核心工作，它直接影响图像拼接的

效果。基于图像特征的配准方