基于图像绘制的虚拟漫游系统的研究

论文摘要

本论文研究基于图像绘制技术的虚拟现实场景漫游系统，主要研究内容是鱼眼图像的校正算法、图像拼接算法及其漫游浏览的视平面的重投影算法。在基于经纬映射图对鱼眼图像的校正算法中，提出了一种快速寻找到鱼眼图像的中心位置和求取半径的算法。总结出一种不需要任何标定数据，快速纠正鱼眼变形的算法，在视觉上基本达到实用要求。在平面图像的拼接算法中，提出了一种基于相邻图像的相似曲线的图像拼接算法，通过梯度数列计算相似曲线，通过寻找其最小值确定两幅图像的匹配位置关系，本算法综合了以基于特征和基于区域的两种方式来搜索特征匹配的位置，先进行粗略搜索后精确搜索，这样大大地减少了计算量，并且编程实现了自动无缝拼接。在全景图虚拟场景的漫游浏览上，通过投影全景图的可视部分到视平面上来实现全景图生成场景在不同观察方向上的透视视图，本文主要研究的是球面全景图水平方向上的重投影，即对其在水平方向360°环绕一周进行浏览。在具体实现时，通过把大量的平方根函数和反正切函数的函数值计算改进为查找表来优化算法；提高了图像绘制的速度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 虚拟现实技术国内外研究现状
• 1.2.1 国外虚拟现实技术的研究现状
• 1.2.2 国内虚拟现实技术的研究现状
• 1.3 本文的研究内容和论文的结构安排
• 1.3.1 本文的研究内容
• 1.3.2 论文的结构安排
• 第二章 基于图像绘制的虚拟现实漫游及关键技术的介绍
• 2.1 虚拟现实研究介绍
• 2.1.1 虚拟现实的含义
• 2.1.2 虚拟现实的特征
• 2.1.3 虚拟现实的分类
• 2.2 虚拟现实场景绘制技术描述
• 2.2.1 基于几何绘制的方法
• 2.2.2 基于图像的绘制和建模的方法
• 2.2.3 基于图像的绘制方法
• 2.3 基于图像绘制的虚拟场景漫游相关技术概述
• 2.3.1 原始图像序列采集
• 2.3.2 校正鱼眼图像的畸变
• 2.3.3 图像预处理
• 2.3.4 图像拼接
• 2.3.5 图像平滑处理
• 2.3.6 虚拟场景漫游浏览
• 2.3.7 MATLAB语言
• 第三章 鱼眼图像的校正算法
• 3.1 鱼眼镜头的成像原理
• 3.1.1 传统照相机的成像原理
• 3.1.2 鱼眼照相机的成像原理
• 3.2 鱼眼镜头引起图像变形的相关研究
• 3.2.1 照相机参数标定和径向形变
• 3.2.2 现有改变鱼眼镜头变形方法的数学描述
• 3.3 两种简单鱼眼投影模型
• 3.3.1 半球鱼眼投影
• 3.3.2 角鱼眼投影
• 3.4 基于经纬映射图像的鱼眼图像校正算法
• 3.4.1 切线法寻找鱼眼图像圆心和半径
• 3.4.2 经纬映射图像校正鱼眼图像的具体算法
• 3.5 经纬映射图像校正的实验结果及结论
• 第四章 图像拼接算法
• 4.1 数字图像的基本概念
• 4.1.1 图像颜色模式
• 4.1.2 数字图像表示
• 4.2 图像拼接的两种特征检测方法
• 4.2.1 基于区域的图像拼接
• 4.2.2 基于特征的图像拼接
• 4.3 图像拼接具体实现步骤
• 4.3.1 特征的提取
• 4.3.2 特征匹配
• 4.3.3 图像平滑处理
• 4.3.4 结果分析与结论
• 第五章 全景图场景的虚拟漫游算法
• 5.1 算法分析
• 5.1.1 全景图及其存储格式
• 5.1.2 全景图到视平面的重投影
• 5.1.3 摄像机运动
• 5.2 算法描述
• 5.2.1 摄像机旋转的实现
• 5.2.2 重投影算法的具体描述
• 5.2.3 插值算法的实现
• 5.3 算法的优化
• 5.4 虚拟漫游的试验结果
• 第六章 总结与未来的工作
• 6.1 总结
• 6.2 进一步的工作
• 参考文献
• 附录
• 致谢