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1.3 本章小结
本章主要介绍了课题的背景及各章节的主要内容。讲述了全景图的优点、表现形式、获取的方法以及发展应用。介绍了全文各章节的主要内容和结构。
2 全方位图像的展开
2.1 全方位图像概述
全方位图像又称基于反射镜面的图像,准确地说它是由全方位视觉设备生成的一种图像。而全方位视觉设备则是由一个CCD摄像机和正对着摄像机的反光镜组成，其中反光镜负责将水平一周的图像反射给摄像机成像，它可以是半球面、圆锥面、抛物面或双曲面，但在实际应用中，为了就将反光镜的选择范围限定在抛物镜面和双曲镜面，一般需全方位图像具有单一的视点。而抛物面虽然在成像上有它的优势，但需要正交投影镜头摄像机，而一般的摄像机是基于小孔模型。所以实际应用中还是以双曲面镜较为普遍。
全方位图像有信息量大、实现成本低和观察方便的优点。以前需要几个摄像机同时拍摄才能拥有的内容现在在一张图像上就可以集中显现，而且可以拥有水平一周的图像信息。我们知道目前人的视觉范围是不超过180度的，而在自然界中某些动物是拥有近乎360度的视觉的能力的，现在通过全方位视觉设备所获得图像或视频的处理，人也能观察到360度场景的信息；在某些应用中，只能通过传统的多个相机组合去获得大视野，现在采用全方位设备只需要一个摄像机，使得实现大视野的成本降低；在很多监控应用中，通过全方位视觉展开软件，可以生产全景，即在一幅图上可以观察360度的环幕信息，改变了以往需要多个场景同时观看才能获得的总体信息的情况，减少了人的工作量。全方位视觉凭借其以上优点在很多领域都有广泛的应用，但是它也存在着一些缺点，比如图像扭曲、图像细节的损失及成像密度不均匀。全方位视觉图像在成像时有扭曲现象，不符合人的观察习惯，需要进行转换，才能生成符合人观察习惯的图像内容；其次，图像中一旦容纳了更多的信息，必然导致图像部分细节信息的丢失，在转换成适合人类视觉习惯的全景图时，也会丢失部分的图像信息，所以全方位图像应用到实际工程中时，需要提供较高的分辨率；最后，空间中的信息在全方位设备上成像时，其成像密度存在着很大的差别。双曲面全方位设备中，当双曲面离心率为1.25时，空间中靠近下方近一半的信息在全方位图像中仅占画面信息的1/5。在其他曲率的双曲面镜头中，不均匀性会更加严重[4]。来~自^751论+文.网www.751com.cn/
由于全方位图像被认为是一张压缩过的圆形全景图像，因此把该图像进行展开，其观看才能符合我们人眼的观察习惯，同时对于用计算机进行分析及研究也带来了便利。展开成全景图就能得到360度的环境信息。对于固定的单视点来说，目前全景图基本上可分为柱面、球面、立方体等形式，以柱面全景图最易实现而普遍采用。本文研究的全景图的展开就是展开为柱面全景图。由于理论上全景图像柱面展开算法，在系统中占据的时间开销非常巨大，并且在展开过程中需要知道摄像头的焦距，镜头的双曲面方程等内参数，以及与相机位置关系等外参数，而这些参数在某些系统中不是固定不变的，所以理论上全景图像柱面展开方法在真实的系统中是很难的。
2.2 全方位图像的生成原理
2.2.1 双曲面全方位视觉设备中的参数分析
双曲面全方位视觉设备由一个圆柱形的容器组成，圆柱面由透光的材料构成，上下顶面则不透光，在上顶面装有精密的双曲镜面。当光线通过透明的圆柱面射到双曲面上时，将被反射到全方位视觉设备的摄像机镜头上，并在摄像机的CCD上成像。