基于IBR的全方位全景图象

全景图象在虚拟现实中有重要的价值。本文使用立方体表面来映射全方位全景图象，采用基于图象的绘制方法(Image Based Rendering，简称IBR)，在基本器材(即普通照相机和个人计算机)条件下，首次生成了完整的全方位全景图象，并利用所生成的全方位全景图象构造了一个虚拟现实系统。这突破了以前只能生成柱面全景图象的局限，能够完整地反映外界场景。主要工作如下： 1、全面分析了全景图象的各种映射方式的优缺点，认为利用立方体表面进行映射是目前较好的映射方式。在此基础上提出了全方位全景图象的实现方式，即：把普通图象映射到立方体表面，通过图象拼接(IBR方法之一)在立方体表面生成完整的全方位全景图象。 2、推导了普通图象、球面、立方体表面以及场景这四者之间互相变换的公式，并实现了这些变换。由于把整个立方体表面看成一个分段函数表示的曲面，且恰当地运用了透视变换，因而在立方体棱边处没有产生任何接缝。还推导了把立方体表面的图象定向投影到一个平面上所需的公式，这有利于观察立方体表面上的变换结果。 3、由于在立方体表面进行的图象拼接有着自身的特点，本文提出了一种基于图象特征提取且适于生成全方位全景图象的拼接算法。在分析了全方位全景图象生成过程中的干扰因素后，提出使用色调作为图象拼接的数据基础。该拼接方法能提高拼接成功率，并加快拼接速度。 4、对图象拼接误差的原因和影响建立了数学模型，通过对该模型的理论分析，求得了图象最佳重叠比例以及拼接积累误差的期望值，计算了多种情形下整幅拼接图象的质量的期望值，从理论上证明了通过均匀分散积累误差来减少积累误差影响的方法的有效性，并得到了用于拼接全方位全景图象的一系列指导性结论。 5、以基于周期纹理结构的自相关系数的标准件标定法为基础，通过误差修正，得到了一种新的对照相机进行标定的方法，该方法使用简便，标定结果精度较高，能很好地用于生成完整的全方位全景图象。此外还考虑了图象旋转对图象拼接的影响。这样就消除了图象拼接积累误差的两个主要来源，使拼接 更为准确。随后根据理论分析的结论，设计了一个具体算法，该算法能够在立 方体表面上均匀分散积累误差。 6、在立方体表面生成柱面全景图象和全方位全景图象后，提出了阂值结 合图象过渡的图象平滑方法，该方法充分考虑了拼接而成的全方位全景图象的 特点，能改善拼接而成的全景图象的质量。 7、开发了一个虚拟现实系统，可以随意地浏览本文模型下的全方位全景 图象，实现了基于全方位全景图象的漫游，用户在其中的自由度远大于现有的 由基本器材生成的同类漫游系统。最后通过立方体表面上的全方位全景图象生 成了球面上的全方位全景图象。