【文章內容簡介】 照相機放置與一個滑軌上，平行移動照相機進行拍攝 。 (3) 手持照相機拍攝，站在原地拍攝四周，或者沿著照相機得光軸垂直方向走動拍攝。 12 旋轉照相機拍攝 在這種情況下，放置照相機的三腳架在拍攝過程中一直在同一位置。拍攝時，照相機繞垂直軸旋轉，每旋轉一定的角度，拍攝一張照片。理想情況下，照相機不繞其光軸旋 轉。拍攝得到的一系列圖像中相鄰兩張必須有部分重疊。重疊區(qū)域大小是圖像拼接效果重要的影響因素，重疊比例越大，拼接就越容易，但是需要的照片就多。 旋轉照相機拍攝由于照相機固定，不需要更多的相機參數，比較容易實現。但是由于采集的圖像不在同一平面上，需要投影到同一平面上才能進行拼接，一般采用這種方法獲取的圖像序列常用來構成柱面或球面全景圖。 平移照相機拍攝 平移照相機拍攝指的是照相機在一個平行于成像平面的方向上平移。在固定焦距的情況下，照相機放置在一個滑軌上移動拍攝。物體和照相機距離的遠近，或者拍攝物體 大小的變化，都會影響到最后的拼接結果。 通過平移方式采集圖像，保持圖像與照相機平移方向平行至關重要，否則，照相機的移動會導致物體大小不同。另外，由于拍攝的圖像均在一個平面上，通過這種方法獲得的全景圖的 D3 效果不如旋轉拍攝的好。 手持照相機拍攝 這種方法比較容易做到，手持相機原地旋轉拍攝，或按某一路線平行于對象拍攝。但是，拼接手持照相機拍攝的圖像是很困難的，因為在拍攝過程中，照相機的運動情況非常復雜。為了減少這些影響，可以增加重疊比例，使照相機旋轉、平移減小，從而減小相鄰圖像的不連續(xù)程度。 以上方 法均不同程度的限制了照相機的運動，使獲取的圖像滿足一定的要求。但實際拍攝的圖像由于光源變化、反光、場景中物體的運動、相機焦距的 13 改變和旋轉等因素的影響，會存在光強的差異和小視差，給圖像拼接增加了難度。 本文的工作和論文組織 本文的主要工作 本文的研究工作主要是針對在 Matlab 中實現圖像拼接算法的研究。重點針對現有的程序在拼接算法方面的不足提出合理的有效地改進。 主要研究內容如下： （ 1）查閱并學習了國內外大量的相關文獻，對圖像拼接領域的發(fā)展和國內外的研究現狀有了一個總體的認識，對圖像拼 接技術的特點和圖像拼接技術的應用領域做了概括和分析。 （ 2） 對 Matlab 工具軟件進行初步的認識，了解其功能組成以及發(fā)展概況。 （ 3）在 Matlab 工具軟件中提出一種針對具有左右平移圖像特點圖像進行拼接的方法，總結該拼接過程的各個步驟，分析該拼接算法的優(yōu)缺點。 （ 4）針對該算法的缺 點，本文提出了三點需要改進的方法，論證各個方法的可行性。通過 實驗證明各方法的有效性。 論文章節(jié)安排 論文全文共分五章。 第一章是緒論，簡單介紹了圖像拼接技術概念、研究背景，國內外圖像拼接技術的研究狀況、圖像拼接技術的特 點、圖像拼接技術的應用領域，圖像拼接的基本流程以及圖像獲取的主要方法。 第二章介紹了數字圖像處理軟件 Matlab 的功能和組成，發(fā)展概況。重點 14 介紹了 Matlab 二次開發(fā)的新特性。 第三章提出了一種針對具有左右平移圖像特點圖像進行拼接的方法，總結該拼接過程的各個步驟，分析該拼接算法的優(yōu)缺點。 第四章針對以上拼接方法的不足，提出了三點需要改進的方法，實驗證明各個方法的有效性。 第五章對論文所做的工作進行了總結，分析了工作中存在的問題，對圖像拼接技術和以后的研究工作提出展望。 15 第二章 數字圖像處理軟件 MATLAB 簡介 1980 年前后， Matlab 的首創(chuàng)者 Cleve Moler 博士在 New Mexico 大學講授線性代數課程時，看到了用高級語言編程解決工程計算問題的諸多不便，因而構思開發(fā)了 Matlab 軟件 (Matrix Laboratory，矩陣實驗室 )。該軟件利用了 Moler博士在此前開發(fā)的 LINPACK(線性代數軟件包 )和 EISPACK(基于特征值計算的軟件包 )中可靠的子程序，用 Fortran 語言編寫而成，集命令翻譯，工程計算功能于一身。 與 Fortran 語言和 C 等高級語言比較， Matlab 的語法規(guī)則更簡單，更重要的是它貼近人思維方式的編程特點，使得用 Matlab 編寫程序有如在便箋上列公式和求解。 Matlab 的功能和組成 80 年代初期， Cleve Moler 和 John Little 采用 C 語言改寫了 Matlab 的內核。不久，他們成立了 Mathworks 軟件開發(fā)公司并將 Matlab 正式推向市場。 Matlab 的功能 現在的 Matlab 新版本早己不只停留在工程計算功能上，它由主包、Simulink 以及功能各異的工具箱組成，以矩陣運算為基礎，把計算、可視化、程序設計融會到 了一個簡單易用的交互式工作環(huán)境中。在這里可以實現工程計算、算法研究、符號運算、建模和仿真、原型開發(fā)、數據分析及可視化、科學和工程繪圖、應用程序設計 (包括圖形用戶界面設計 )等功能。 正是憑借 Matlab 的這些突出的優(yōu)勢，它現在己成為世界上應用最廣泛的工程計算軟件。在美國等發(fā)達國家的大學里 Matlab 是一種必須掌握的基本工 16 具，而在國外的研究設計單位和工業(yè)部門，更是研究和解決工程計算問題的一種標準軟件。在國內也有越來越多的科學技術工作者參加到學習和倡導這門語言的行列中來。在大家的共同努力下， Matlab 正在成為計 算機應用軟件中的一個新熱點。 Matlab 的組成 Matlab 軟件主要由主包、 Simulink 和工具箱 3 部分組成。 （一） Matlab 主包 Matlab 主包包括以下 5 個部分 。 (1)Mat1ab 語言 Matlab 語言是一種基于矩陣 /數組的高級語言，它具有流程控制語句、函數、數據結構、輸入輸出，以及面向對象的程序設計特性。用 Matlab 語言可以迅速地建立臨時性的小程序，也可以建立復雜的大型應用程序。 (2)Matlab 工作環(huán)境 Matlab 工作環(huán)境集成了許多工具和程序，用戶用工作環(huán)境中提供的功能完成他們的工作。 Matlab 工作環(huán)境給用戶提供了管理工作空間內的變量和輸入、輸出數據的功能，并給用戶提供了不同的工具用以開發(fā)、管理、調試 M文件和 Matlab 應用程序。 (3)句柄圖形 句柄圖形是 Matlab 的圖形系統(tǒng)。它包括一些高級命令，用于實現二維和三維數據可視化、圖像處理、動畫等功能 。還有一些低級命令，用來定制圖形的顯示以建立 Matlab 應用程序的圖形用戶界面。 (4)Matlab 數學函數庫 17 Matlab 數學函數庫是數學算法的一個巨大集合，該函數庫既包含了諸如求和、正弦、余弦、復數運算之類的簡單函數 。也 包含了矩陣轉置、特征值、貝塞爾函數、快速傅立葉變換等復雜函數。 (5)Matlab 應用程序接口 (API) Matlab 應用程序接口是一個 Matlab 語言向 C 和 Fortran等其他高級語言進行交互的庫，包括讀寫 Matlab 數據文件 (MAT 文件 )。 （二） Simulink Simulink 是用于動態(tài)系統(tǒng)仿真的交互式系統(tǒng)。 Simulink 允許用戶在屏幕上繪制框圖來模擬一個系統(tǒng)，并能夠動態(tài)地控制該系統(tǒng)。 Simulink 采用鼠標驅動方式，能夠處理線性、非線性、連續(xù)、離散、多變量以及多級系統(tǒng)。此外，Simulink 還 為用戶提供了兩個附加項 :Simulink Extensions(擴展 )和 Blocksets 3(模塊集 )。 Simulink Extensions 是一些可選擇的工具，支持在 Simulink 環(huán)境中開發(fā)的系統(tǒng)的具體實現，包括 : ● Simulink Accelerator ● RealTime Workshop ● RealTime Windows Target ● Stateflow Blocksets 是為特殊應用領域中設計的 Simulink 模塊的集合。包括以下幾個領域的模塊集 : ● DSP(數字信號處理 ) ● FiedPoint(定點 ) ● Nonlinear Control Design(非線性控制設計 ) ● Communications(通信 ) 18 （三） Matlab 工具箱 工具箱是 Matlab 用來解決各個領域特定問題的函數庫，它是開放式的，可以用，也可以根據自己的需要進行擴展。 Matlab 提供的工具箱為用戶提供了豐富而實用的資源，工具箱的內容非常廣泛，涵蓋了科學研究的很多門類。目前，己有涉及數學、控制、通信、信號處理、圖像處理、經濟、地理等多種學科的二十多種 Mat lab 工具箱投入應用。這些工具箱的作者都是相關領域 的頂級專家，從而確定了 Matlab 的權威性。應用 Matlab 的各種工具箱可以在很大程度上減小用戶編程時的復雜度。而 Mathworks 公司也致力于追蹤各學科的最新進展，并及時推出相應功能的工具箱，毫無疑問， Matlab 能在數學應用軟件中成為主流是離不開各種功能強大的工具箱的。 Mathworks 公司自 1984 年正式推出 Matlab 后，經過這些年的不斷更新，交互性越來越好，功能越來越強大，己經成為國際公認的最優(yōu)秀的數學應用軟件之一。 Matlab 的發(fā)展歷程 Matlab 軟件從 1984 年推出的第一個版本 到目前己經發(fā)布了 12 個版本，第 12 個版本是 Mat . 在這些版本中，具有劃時代意義的是該公司于 1992 年推出的 版，其微機版于 1993 年完成。從該版本開始， Matlab 由 DOS 下的應用程序改進為 Windows 下的應用程序，更易于操作，從而大大拓展了其應用范圍并加速了該軟件的更新過程。同時，在這個版本中， Mathwork 公司推出了用于 19 控制系統(tǒng)仿真和設計的交互式模型輸入與仿真環(huán)境 simulink ，為控制系統(tǒng)的計算機輔助設計打開了局面。 1994 年推出的 版本擴充了 版本 的功能，尤其在圖形界面設計方面提供了新的方法。 Matlab 在國內的大范圍推廣就是從 版本開始的。此后的 Matlab , , 到 1999 年 1 月推出的 版本，分別在前面版本的基礎上前進了一大步。目前使用的為最新的 版本。 Matlab 二次開發(fā)的新特性 在市場經濟條件下，技術創(chuàng)新與產品更新的步伐越來越快，企業(yè)間在技術領域正面臨著激烈的競爭。為了迎接這些挑戰(zhàn)，工程師們需要能夠加速設計流程的工具來幫助他們發(fā)現新的途徑，并獲得技術上的突破。 MathWorks 公司的MATLAB 系列產品所具備的優(yōu)勢能夠很好地解決上面的問題，現今已發(fā)展成為工業(yè)界產品設計和開發(fā)的標準平臺。作為業(yè)界標準的科學計算環(huán)境，MATLAB 系列產品涵蓋了建模，仿真，分析到樣機的全部設計流程，支持的專業(yè)技術領域非常廣泛，包括力學，控制， DSP，圖像，通訊，電子等。 MATLAB系列產品能夠幫助工程師很好地完成產品開發(fā)流程中的各項任務，這些任務主要包括：數值計算，編程與算法開發(fā)，數據分析與可視化，系統(tǒng)建模與仿真，快速原型與實現。 （ 1） 數值計算 MATLAB 提供了大約 600 多個數學和工程上常用的函數。這些函數的數值運算是針對矩陣操作優(yōu)化過的，所以用戶可以使用他來代替底層編程語言如C 語言。在保持同樣性能的情況下，編程工作量非常小，特別是在 MATLAB 20 以后，數值計算采用了 LAPACK， BLAS， FFTW 等優(yōu)秀數學函數庫，使得計算效率得到進一步的提升。 （ 2） 算法開發(fā) 強大的計算能力，方便易用的編程語言和豐富的數學函數使 MATLAB 最適用于算法開發(fā)工作。典型的應用包括：數據分析，信號處理，圖像處理，系統(tǒng)建模和高級算法研究等。并且不管用戶是使用已有的算法，還是自行開發(fā)，MATLAB 提供了一個通用的平臺。使用 MATLAB 進行算法開發(fā)就像平時書寫數學表達式一樣。 （ 3） 數據分析與可視化 通過 MATLAB，用戶可以分析所有類別的數據包括信號，圖像，多項式，時間歷程，多變量數據和線性系統(tǒng)等。從分析中總結出來的結果可以作為將來進一步的算法和模型開發(fā)的基礎。此外，用戶可以快速地將代碼片段和知識轉換成可以重復使用的自動分析例程，不需要變量聲明和維數定義，可很快編寫出程序。 （ 4） 系統(tǒng)建模與仿真 建立在 MATLAB 強大的數學內核基礎之上， Simulink 采用框圖方式方便地對非線性動態(tài)系統(tǒng)進行建模，仿真和分析。模型可以是含有離散時 間、連續(xù)時間系統(tǒng)或混合的系統(tǒng)。針對不同的專業(yè)， Mathworks 還提供了專業(yè)的功能模塊庫，能夠對包含控制系統(tǒng)，信號處理系統(tǒng)，通訊系統(tǒng)，電力系統(tǒng)等多學科的復雜系統(tǒng)進行仿真和分析。利用 Simulink 提供的子系統(tǒng)和 Sfunction 功能，用戶可以方便地建立自己的專業(yè)模塊庫，或將已有的代碼結合到仿真模型中使用。 （ 5） 快速原型與實現 21 RealTime Workshop 與 Stateflow Coder 直接從 Simulink 模型與 Stateflow框圖中生成高效的可移植代碼。只需要簡單的操作，用戶無需繁瑣的手工 編程與調試就可以生成應用代