基于全景高速球一體機的空間配準方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及圖像配準方法，具體為一種基于全景高速球一體機的空間配準方法。解決了目前全景高速球一體機存在高速球攝像機不能準確定位的技術(shù)問題。一種基于全景高速球一體機的空間配準方法，包括如下步驟：步驟一，建立全景柱面坐標系統(tǒng)、高速球坐標系統(tǒng)和球面坐標系統(tǒng)；步驟二：進行從全景柱面坐標系統(tǒng)到球面坐標系統(tǒng)的變換和從高速球坐標系統(tǒng)到球面坐標系統(tǒng)的變換；步驟三：對全景圖像和高速球圖像特征點進行匹配；步驟四：利用配對特征點，求解變換矩陣；步驟五：在全景圖像中選定要觀察的點或區(qū)域，計算高速球旋轉(zhuǎn)角度。本發(fā)明專利技術(shù)能夠快速準確計算出高速球旋轉(zhuǎn)角度，并對局部場景進行拍攝，對提高監(jiān)控設(shè)備性能、滿足用戶需求具有重要意義。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

【技術(shù)保護點】
一種基于全景高速球一體機的空間配準方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟一：建立全景柱面坐標系統(tǒng)、高速球坐標系統(tǒng)和球面坐標系統(tǒng)；（a）基于全景圖像建立全景柱面坐標系統(tǒng)；基于全景圖像建立全景柱面坐標系統(tǒng)XOZ，其中O為全景圖像中心，X軸指向水平方向，Z軸指向垂直向上方向，Y軸與XOZ平面所成平面垂直；設(shè)全景柱面圖像的寬為W、高為H，水平視角AngleW、垂直視角AngleH，則全景柱面圖像等效焦距Cf=W/AngleW=H/AngleH；全景柱面坐標系統(tǒng)中的圖像像素坐標為[xf,zf]；所述柱面所在圓柱的半徑為R；R可由實際拍攝中相機到實物的距離獲得；（b）基于高速球建立高速球坐標系統(tǒng)；設(shè)S為高速球拍攝方向與球面的交點，以高速球中心為原點O，高速球半球切面為XOY平面，X軸和Y軸分別為切面方向上的兩條坐標軸，球心指向高速球最底端方向為Z軸方向，定義OS在XOY平面上的投影和X軸的夾角為偏航角α，從0度至360度按順時針方向遞增；定義OS與XOY平面的夾角為俯仰角β，從水平方向至垂直向下為0至90度；設(shè)高速球坐標系統(tǒng)中的像素坐標為[α,β]；所述高速球坐標系統(tǒng)的X軸與全景柱面坐標系統(tǒng)的Y軸方向相反；高速球坐標系統(tǒng)的Y軸與全景柱面坐標系統(tǒng)的X軸同向；（c）建立作為全景柱面坐標系統(tǒng)和高速球坐標系統(tǒng)之間的變換輔助坐標系的球面坐標系統(tǒng)；同樣以高速球中心為原點O，高速球半球切面為XOY平面，球心指向高速球最底端方向為Z軸方向，即俯仰角90度方向，建立球面坐標系o?xyz；設(shè)球面坐標系統(tǒng)中的像素坐標為[xs,ys,zs]，其中角度坐標[α,β]與高速球坐標系統(tǒng)的像素坐標定義相一致；步驟二：進行從全景柱面坐標系統(tǒng)到球面坐標系統(tǒng)的變換和從高速球坐標系統(tǒng)到球面坐標系統(tǒng)的變換，即將全景柱面坐標系統(tǒng)中的像素坐標[xf,zf]和高速球坐標系統(tǒng)中的像素坐標[α,β]分別轉(zhuǎn)換成球面坐標系統(tǒng)中的像素坐標[xs,ys,zs]：（a）從全景柱面坐標系統(tǒng)中的像素坐標[xf,zf]到球面坐標[xs,ys,zs]的變換，首先求解全景柱面坐標系統(tǒng)中的像素坐標[xf,zf]對應(yīng)的α,β，α=xfRβ=arctanzfR---(1)然后變換到球面坐標[xs,ys,zs]：xs=Rzf2+R2cosxfRys=Rzf2+R2sinxfRzs=zfzf2+R2---(2)（b）由高速球坐標[α,β]到球面坐標[xs,ys,zs]的變換為：xs=cosβcosαys=cosβsinαzs=sinβ---(3)步驟三：根據(jù)偏航角和俯仰角將高速球所能拍攝的區(qū)域分割成n個區(qū)域，控制高速球攝像機分別轉(zhuǎn)動到每個區(qū)域并拍攝，截取每個區(qū)域的高速球圖像，對全景圖像和高速球圖像特征點進行匹配，即在截取下的高速球圖像中選取一個點或該圖像的區(qū)域中心，并找到該點或區(qū)域中心在全景圖像中的對應(yīng)點，然后分別根據(jù)（2）、（3）式計算出全景圖像中對應(yīng)點的球坐標以及高速球圖像中對應(yīng)點的球坐標；全景圖像中對應(yīng)點的球坐標為：{Ps1i}={(xs1i,ys1i,zs1i)}(i=1…n)?（4）高速球圖像中對應(yīng)點的球坐標為：{Ps2i}={(xs2i,ys2i,zs2i)}(i=1…n)?（5）步驟四：利用配對特征點，將高速球點坐標和對應(yīng)的全景圖像點坐標變換到球面坐標，求解變換矩陣：設(shè)全景柱面坐標上的點變換成球面坐標為：S1(x,y,z)=[xs1,ys1,zs1]?（6）與式（6）點對應(yīng)的高速球坐標上的點變換成球面坐標為：S2(x,y,z)=[xs2,ys2,zs2]?（7）則兩坐標之間滿足關(guān)系（8）：S2=T·S1?（8）其中T為全景柱面圖像坐標系統(tǒng)和高速球坐標系統(tǒng)之間的變換矩 陣；在拍攝n幅高速球圖像的情況下，分別得到全景柱面點坐標系統(tǒng)中的點坐標矩陣和高速球坐標系統(tǒng)中的點坐標矩陣：A1=xs11,xs12,...,ss1nys11,ys12,...ys1nzs11,zs12,...,zs1nA2=xs21,xs22,...,xs2nys21,ys22,...,ys2nzs21,zs22,...,zs2n---(9)A1,A2,T滿足關(guān)系（10）：A2=T·A1?（10）求解此方程即可得到變換矩陣T；步驟五：在全景圖像中選定要觀察的點或區(qū)域，該點或區(qū)域中心的球面坐標為[xs1,ys1,zs1]，根據(jù)公式（10）計算出在全景圖像中所選擇的點或區(qū)域中心對應(yīng)的高速球圖像的點或區(qū)域中心的球面坐標為[xs2,ys2,zs2]，計算高速球旋轉(zhuǎn)角度α和β，...

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉煜，熊志輝，張茂軍，譚樹人，徐瑋，王煒，包衛(wèi)東，賴世銘，尹曉晴，
申請(專利權(quán))人：山西綠色光電產(chǎn)業(yè)科學技術(shù)研究院有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：