隧道影像拼接方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及隧道影像拼接技術(shù)領(lǐng)域，能夠獲取大 視角的隧道場(chǎng)景影像。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于隧道襯砌斷面一般比較大，為了達(dá)到比較高的裂縫檢測(cè)精度，必須要通過(guò)多 個(gè)面陣相機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)隧道襯砌表面的覆蓋。每?jī)蓚€(gè)相機(jī)之間會(huì)存在一定的重疊區(qū)域。為了直 觀的展示隧道襯砌表面的病害，需要把多個(gè)面陣相機(jī)的圖片數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接。即把數(shù)張有重 疊部分的圖像、不同視角拼成一幅大型的無(wú)縫高分辨率圖像。
[0003] 隧道影像拼接是將同時(shí)拍攝隧道同一截面的多張具有重合部分的圖像經(jīng)過(guò)配準(zhǔn)、 融合，拼接成一幅包含截面的大視場(chǎng)圖片。目前的圖像拼接技術(shù)主要有時(shí)域的方法和頻域 中的相位相關(guān)法等。其中基于特征匹配的方法是目前比較常用的一種方法。G.P. Stein提出 的參數(shù)求解方法，雖然精度較高，但是其檢測(cè)相鄰幀之間的紋理特征帶來(lái)的計(jì)算量無(wú)法滿(mǎn) 足快速隧道影像拼接的要求?；谔卣鼽c(diǎn)匹配，如SIFT等一些特征點(diǎn)檢測(cè)算子進(jìn)行特征點(diǎn) 匹配的方式，在進(jìn)行特征點(diǎn)匹配的過(guò)程中計(jì)算量巨大，隧道影像拼接速度不能滿(mǎn)足，而且對(duì) 于隧道影像的防火涂層或水泥表面紋理單一，特征較少，基于特征點(diǎn)匹配的方法往往對(duì)于 這一類(lèi)的隧道影像不起作用。
[0004] 現(xiàn)實(shí)中的隧道壁表面一般比較光滑。紋理特征比較單一，除了有裂縫、水漬等一些 具有病害的區(qū)域和隧道壁上的設(shè)施外，隧道其他區(qū)域包含較少的特征。僅僅使用SIFT等一 類(lèi)基于特征點(diǎn)匹配的方法是無(wú)法完成整個(gè)隧道的拼接，而且無(wú)法滿(mǎn)足數(shù)據(jù)量極大的隧道影 像拼接要求。
[0005] 為了保證隧道影像具有較高的分辨率，采用不同相機(jī)和不同焦距，采集隧道影像， 因此待拼接的隧道影像包含眾多不同相機(jī)和不同焦距鏡所拍攝的影像，對(duì)拼接的魯棒性提 出了更大的挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供一種隧道影像快速拼接方法及系統(tǒng)。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種隧道影像拼接方法，用于對(duì)于隧道影像采集系 統(tǒng)中每個(gè)相機(jī)采集的圖像進(jìn)行拼接，所述隧道影像采集系統(tǒng)包括多個(gè)相機(jī)和一個(gè)激光掃描 儀，在采集車(chē)輛行駛過(guò)程中，所有相機(jī)同時(shí)曝光獲取相應(yīng)斷面的隧道圖像，對(duì)在某斷面所有 相機(jī)一次曝光獲取的隧道圖像進(jìn)行拼接，包括以下步驟，
[0008] 步驟一，歸一化圖像，基于激光掃描儀的數(shù)據(jù)，根據(jù)預(yù)先檢校所得相機(jī)與激光掃描 儀的相對(duì)位置關(guān)系，解算出每個(gè)相機(jī)對(duì)應(yīng)的物距，提取歸一化系數(shù)，對(duì)每個(gè)相機(jī)采集的圖像 進(jìn)行歸一化處理，得到分辨率一致的待拼接圖像；
[0009] 所述提取歸一化系數(shù)，對(duì)每個(gè)相機(jī)采集的圖像進(jìn)行歸一化處理，實(shí)現(xiàn)方式如下，
[0010] 首先，利用以下公式求得各個(gè)相機(jī)拍攝圖像的分辨率，
[0012] 其中，r為圖像的分辨率，dpi為相機(jī)(XD上每個(gè)像元的大小，f為相機(jī)的焦距，s為相 機(jī)拍攝時(shí)的物距；
[0013] 然后，在獲取各個(gè)相機(jī)拍攝圖像的分辨率后，選取基準(zhǔn)分辨率，對(duì)應(yīng)的相機(jī)記為基 準(zhǔn)相機(jī);計(jì)算其他相機(jī)拍攝圖像的分辨率與該基準(zhǔn)分辨率的比值，獲取的比值為歸一化系 數(shù)；
[0014] 最后，根據(jù)計(jì)算得到的歸一化系數(shù);將其他相機(jī)拍攝圖像的分辨率的寬高分別與 對(duì)應(yīng)的歸一化系數(shù)作乘積，獲取相應(yīng)歸一化后的圖像；
[0015] 步驟二，柱面投影，根據(jù)圓柱投影公式，將步驟一得到的所有待拼接圖像投影到圓 柱面上，其中，圓柱投影的焦距和投影半徑是基準(zhǔn)相機(jī)對(duì)應(yīng)的焦距和投影半徑；
[0016] 所述圓柱投影公式的逆公式如下，
[0019] 其中，（x，y)表示原始圖像上的點(diǎn)的坐標(biāo)，（X7 )表示投影后的點(diǎn)的坐標(biāo)，f表示 鏡頭的焦距，s表示投影半徑；
[0020] 步驟三，特征匹配，包括采用特征匹配獲取匹配點(diǎn)，對(duì)特征匹配無(wú)效的部分采用標(biāo) 定匹配獲取匹配點(diǎn)，并剔除錯(cuò)配點(diǎn)對(duì)的干擾；
[0021] 步驟四，計(jì)算變換矩陣，對(duì)步驟三處理得到的匹配點(diǎn)計(jì)算得到大小為3X3的初始 變換矩陣，進(jìn)行簡(jiǎn)化提取平移參數(shù)，得到圖像之間最終的變換矩陣；
[0022] 步驟五，統(tǒng)一坐標(biāo)系，利用步驟四所得最終的變換矩陣將步驟二所得待拼接圖像 依次轉(zhuǎn)換到參考影像坐標(biāo)系中，形成一幅大視場(chǎng)圖像；
[0023] 步驟六，圖像融合，將待拼接圖像的重合區(qū)域進(jìn)行融合得到拼接重構(gòu)的平滑無(wú)縫 隧道圖像。
[0024]而且，步驟三中，采用標(biāo)定匹配獲取匹配點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)方式是，預(yù)先建立隧道模型提供 檢校場(chǎng)，采集隧道模型上貼有標(biāo)定紙的圖像，對(duì)采集后的相鄰圖像進(jìn)行特征點(diǎn)提取，獲取標(biāo) 定匹配點(diǎn)，當(dāng)出現(xiàn)特征匹配無(wú)效的部分時(shí)，對(duì)該部分相應(yīng)標(biāo)定匹配根據(jù)步驟一所得對(duì)應(yīng)的 歸一化系數(shù)處理，然后按照步驟二的方式變換到柱面投影后的圖像上，得到最終的匹配點(diǎn)。
[0025] 而且，步驟四中，初始變換矩陣為單應(yīng)矩陣。
[0026] 而且，步驟六中，圖像融合采用拉普拉斯金字塔融合方式。
[0027] 而且，根據(jù)單個(gè)斷面的圖像的拼接結(jié)果，將相鄰斷面之間的重疊部分去除，得到整 個(gè)隧道圖像的拼接結(jié)果。
[0028] 本發(fā)明提供一種隧道影像拼接系統(tǒng)，用于對(duì)于隧道影像采集系統(tǒng)中每個(gè)相機(jī)采集 的圖像進(jìn)行拼接，所述隧道影像采集系統(tǒng)包括多個(gè)相機(jī)和一個(gè)激光掃描儀，在采集車(chē)輛行 駛過(guò)程中，所有相機(jī)同時(shí)曝光獲取相應(yīng)斷面的隧道圖像，對(duì)在某斷面所有相機(jī)一次曝光獲 取的隧道圖像進(jìn)行拼接，包括以下模塊，
[0029] 歸一化圖像模塊，用于基于激光掃描儀的數(shù)據(jù)，根據(jù)預(yù)先檢校所得相機(jī)與激光掃 描儀的相對(duì)位置關(guān)系，解算出每個(gè)相機(jī)對(duì)應(yīng)的物距，提取歸一化系數(shù)，對(duì)每個(gè)相機(jī)采集的圖 像進(jìn)行歸一化處理，得到分辨率一致的待拼接圖像；
[0030] 所述提取歸一化系數(shù)，對(duì)每個(gè)相機(jī)采集的圖像進(jìn)行歸一化處理，實(shí)現(xiàn)方式如下，
[0031] 首先，利用以下公式求得各個(gè)相機(jī)拍攝圖像的分辨率，
[0033] 其中，r為圖像的分辨率，dpi為相機(jī)(XD上每個(gè)像元的大小，f為相機(jī)的焦距，s為相 機(jī)拍攝時(shí)的物距；
[0034] 然后，在獲取各個(gè)相機(jī)拍攝圖像的分辨率后，選取基準(zhǔn)分辨率，對(duì)應(yīng)的相機(jī)記為基 準(zhǔn)相機(jī);計(jì)算其他相機(jī)拍攝圖像的分辨率與該基準(zhǔn)分辨率的比值，獲取的比值為歸一化系 數(shù)；
[0035]最后，根據(jù)計(jì)算得到的歸一化系數(shù);將其他相機(jī)拍攝圖像的分辨率的寬高分別與 對(duì)應(yīng)的歸一化系數(shù)作乘積，獲取相應(yīng)歸一化后的圖像；
[0036]柱面投影模塊，用于根據(jù)圓柱投影公式，將歸一化圖像模塊得到的所有待拼接圖 像投影到圓柱面上，其中，圓柱投影的焦距和投影半徑是基準(zhǔn)相機(jī)對(duì)應(yīng)的焦距和投影半徑； [0037]所述圓柱投影公式的逆公式如下，
[0040] 其中，（x，y)表示原始圖像上的點(diǎn)的坐標(biāo)，（X7 )表示投影后的點(diǎn)的坐標(biāo)，f表示 鏡頭的焦距，s表示投影半徑；
[0041] 特征匹配模塊，用于采用特征匹配獲取匹配點(diǎn)，對(duì)特征匹配無(wú)效的部分采用標(biāo)定 匹配獲取匹配點(diǎn)，并剔除錯(cuò)配點(diǎn)對(duì)的干擾；
[0042]變換矩陣模塊，用于對(duì)特征匹配模塊處理得到的匹配點(diǎn)計(jì)算得到大小為3X3的初 始變換矩陣，進(jìn)行簡(jiǎn)化提取平移參數(shù)，得到圖像之間最終的變換矩陣；
[0043] 坐標(biāo)系統(tǒng)一模塊，用于利用變換矩陣模塊所得最終的變換矩陣將柱面投影模塊所 得待拼接圖像依次轉(zhuǎn)換到參考影像坐標(biāo)系中，形成一幅大視場(chǎng)圖像；
[0044] 圖像融合模塊，用于將待拼接圖像的重合區(qū)域進(jìn)行融合得到拼接重構(gòu)的平滑無(wú)縫 隧道圖像。
[0045] 而且，特征匹配模塊中，采用標(biāo)定匹配獲取匹配點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)方式是，預(yù)先建立隧道模 型提供檢校場(chǎng)，采集隧道模型上貼有標(biāo)定紙的圖像，對(duì)采集后的相鄰圖像進(jìn)行特征點(diǎn)提取， 獲取標(biāo)定匹配點(diǎn)，當(dāng)出現(xiàn)特征匹配無(wú)效的部分時(shí)，對(duì)該部分相應(yīng)標(biāo)定匹配根據(jù)歸一化圖像 模塊所得對(duì)應(yīng)的歸一化系數(shù)處理，然后按照柱面投影模塊的方式變換到柱面投影后的圖像 上，得到最終的匹配點(diǎn)。
[0046] 而且，變換矩陣模塊中，初始變換矩陣為單應(yīng)矩陣。