基于鱼眼影像的街景地图生成方法

曹 君 刘正华

(1．武汉城市职业学院，湖北 武汉 430071；2．中国地震局地震研究所(地震大地测量重点实验室)，湖北 武汉 430071)

基于鱼眼影像的街景地图生成方法

曹 君1刘正华2

(1．武汉城市职业学院，湖北 武汉 430071；2．中国地震局地震研究所(地震大地测量重点实验室)，湖北 武汉 430071)

针对街景地图生成过程中存在的鱼眼影像失真大、变形严重等问题，本文提出了一种基于鱼眼影像的街景地图生成方法，并对其理论模型进行了详细推导。最后，通过实验证实采用该方法所得到的360°街景地图画面清晰、成像质量高，说明了本文方法的可靠性。

鱼眼影像；街景地图；拼接

1 引言

街景地图作为一种全新的实景地图服务模式，以其能为用户提供城市、街道或其他环境的360°全景影像，给用户带来身临其境的感受，而得到广泛应用。目前，街景地图采集主要是通过组合多台鱼眼相机的方式来获取，由于具有超广成像角度，该采集方式可以有效地减小数据量，提升数据处理效率。但由于采用了非线性镜头，鱼眼相机所拍摄的影像往往带有非常严重的图像失真和变形，为后期的街景地图生成增添了难度。

基于上述前提，本文对基于鱼眼影像的街景地图生成流程进行了梳理，并对其算法模型进行了推演，最后通过实验证实了方法的有效性。

2 基于鱼眼影像的街景地图生成

基于鱼眼影像的街景地图生成，其基本原理是在已知各鱼眼相机参数关系的前提下，将多幅存在重叠区域的鱼眼影像，拼成一幅360°全景图像，其具体流程可分解为以下几个步骤：

（1）鱼眼图像校正。鱼眼镜头的水平角和垂直视场角都非常广，其直接处理较为复杂，往往需要先根据已知的相机参数对鱼眼图像进行校正,将其从非线性转化为人眼和计算机可识别易处理的线性图像，如图1所示：

图1 鱼眼图像校正（左：原图像，右：校正后图像）

对原始图像上任意一点P(x，y)，其与校正后坐标值Pc (u，v)对应关系如下：

式中，x0、y0为主点位置；k1，k2…和p1，p2分别为径向和切向畸变系数；r为向径。

（2）图像的球面投影。鱼眼图像校正完成后，即将各相机由原始的非线性影像转化至理想的平面坐标系中，但各相机坐标系仍相互独立，为了实现360°的全景视角，需要根据事先检校获得的各相机间的相对关系参数，将各个方向采集的影像投影至以图像采集系统中心为球心，焦距为半径的球面上，获得360°的全景图像。对单个相机平面上任意一点Pc(u，v)，其在全景球面上的坐标P0(θ，φ)计算如下：

式中，a1，a2…，c3为相机在全景球坐标系中的旋转矩阵向量。

（3）全景球面展开。由于全景球是一个三维球面，无法以图片的形式直接存储在计算机中，因此，需要对其进行降维处理，转化成符合人眼观察习惯的二维图片。全景球面展开方式如下图所示：

图2 全景球面展开示意图

对全景球上任意一点P0(θ，φ)，其在全景影像上的对应点P(dstx,dsty)的坐标值计算如下：

式中，imgW，imgH分别表示全景影像宽度和高度。

3 实验结果及分析

为验证本文方法的有效性，以立得空间公司生成的街景地图采集系统为实验设备，进行了数据处理实验。该设备由6个独立相机组成，分别搭载焦距为8mm的鱼眼镜头，其中5个环绕一周水平安置，另一个朝上，用于拍摄天顶方向影像，如图3所示。

图3 立得空间公司街景地图采集系统示意图

按上节中所述算法流程进行街景地图生成试验，效果如下图所示：

图4 基于鱼眼影像拼接技术的街景地图效果

从图中可以看出，基于本文方法所得到的360°街景影像画面清晰、无明显拼接痕迹，证明了本文方法的有效性。

4 结束语

针对街景地图生成的问题，本文对基于鱼眼影像的360°全景图像拼接流程进行了阐述，并对其理论模型进行了推导，最后，通过实验证实基于该方法所获得的街景影像画面清晰、成像质量高，说明了本文方法的有效性。

[1]周璞．大有可为!街景地图引领位置服务新方向[[EB/OL].http:// soft.zol.com.cn/284/2841579_all.html，2012-04-09/2015-08-10．

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[7]刘翠艳，基于MATLAB的图像处理方法及分析，电脑与电信，2008，4：(84-86)．

A Street Map Production Method Based on Fisheye Images

Cao Jun1Liu Zhenghua2
(1.Wuhan Cith Vocational College,Wuhan,430064; 2.Key Laboratory of Earthquake Geodesy,Institute of Seismology,CEA,Wuhan 430071)

To address the problem of large distortion and serious deformation in fisheye images during street map production process,this paper presents a method for producing a street map based on fisheye images and reasons its theoretical model in details. Finally,it confirmed by experiment that the 360°street map obtained by this method is not only clear but also in high image quality, which explains the reliability of this method.

fisheye image;street map;Stitching

TP391

A

：1008-6609(2015)12-0047-02

曹君，女，湖北武汉人，硕士研究生，助教，研究方向：摄影测量。

中国地震局地震研究所课题，项目编号：IS201526229。