【文章內(nèi)容簡介】 照相機(jī)放置與一個滑軌上，平行移動照相機(jī)進(jìn)行拍攝 。 (3) 手持照相機(jī)拍攝，站在原地拍攝四周，或者沿著照相機(jī)得光軸垂直方向走動拍攝。 12 旋轉(zhuǎn)照相機(jī)拍攝 在這種情況下，放置照相機(jī)的三腳架在拍攝過程中一直在同一位置。拍攝時，照相機(jī)繞垂直軸旋轉(zhuǎn)，每旋轉(zhuǎn)一定的角度，拍攝一張照片。理想情況下，照相機(jī)不繞其光軸旋 轉(zhuǎn)。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(zhuǎn)照相機(jī)拍攝由于照相機(jī)固定，不需要更多的相機(jī)參數(shù)，比較容易實現(xiàn)。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(jìn)行拼接，一般采用這種方法獲取的圖像序列常用來構(gòu)成柱面或球面全景圖。 平移照相機(jī)拍攝 平移照相機(jī)拍攝指的是照相機(jī)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(jī)放置在一個滑軌上移動拍攝。物體和照相機(jī)距離的遠(yuǎn)近，或者拍攝物體 大小的變化，都會影響到最后的拼接結(jié)果。 通過平移方式采集圖像，保持圖像與照相機(jī)平移方向平行至關(guān)重要，否則，照相機(jī)的移動會導(dǎo)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(zhuǎn)拍攝的好。 手持照相機(jī)拍攝 這種方法比較容易做到，手持相機(jī)原地旋轉(zhuǎn)拍攝，或按某一路線平行于對象拍攝。但是，拼接手持照相機(jī)拍攝的圖像是很困難的，因為在拍攝過程中，照相機(jī)的運動情況非常復(fù)雜。為了減少這些影響，可以增加重疊比例，使照相機(jī)旋轉(zhuǎn)、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(jī)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(jī)焦距的 13 改變和旋轉(zhuǎn)等因素的影響，會存在光強(qiáng)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(xiàn)圖像拼接算法的研究。重點針對現(xiàn)有的程序在拼接算法方面的不足提出合理的有效地改進(jìn)。 主要研究內(nèi)容如下： （ 1）查閱并學(xué)習(xí)了國內(nèi)外大量的相關(guān)文獻(xiàn)，對圖像拼接領(lǐng)域的發(fā)展和國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀有了一個總體的認(rèn)識，對圖像拼 接技術(shù)的特點和圖像拼接技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域做了概括和分析。 （ 2） 對 Matlab 工具軟件進(jìn)行初步的認(rèn)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(jìn)行拼接的方法，總結(jié)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(jìn)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(shù)概念、研究背景，國內(nèi)外圖像拼接技術(shù)的研究狀況、圖像拼接技術(shù)的特 點、圖像拼接技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)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(shù)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(jìn)行拼接的方法，總結(jié)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(jìn)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(jìn)行了總結(jié)，分析了工作中存在的問題，對圖像拼接技術(shù)和以后的研究工作提出展望。 15 第二章 數(shù)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(xué)講授線性代數(shù)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(gòu)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(shù)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(nèi)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(xiàn)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(chǔ)，把計算、可視化、程序設(shè)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(xiàn)工程計算、算法研究、符號運算、建模和仿真、原型開發(fā)、數(shù)據(jù)分析及可視化、科學(xué)和工程繪圖、應(yīng)用程序設(shè)計 (包括圖形用戶界面設(shè)計 )等功能。 正是憑借 Matlab 的這些突出的優(yōu)勢，它現(xiàn)在己成為世界上應(yīng)用最廣泛的工程計算軟件。在美國等發(fā)達(dá)國家的大學(xué)里 Matlab 是一種必須掌握的基本工 16 具，而在國外的研究設(shè)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(biāo)準(zhǔn)軟件。在國內(nèi)也有越來越多的科學(xué)技術(shù)工作者參加到學(xué)習(xí)和倡導(dǎo)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(jī)應(yīng)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(shù)組的高級語言，它具有流程控制語句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入輸出，以及面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)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(fù)雜的大型應(yīng)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(nèi)的變量和輸入、輸出數(shù)據(jù)的功能，并給用戶提供了不同的工具用以開發(fā)、管理、調(diào)試 M文件和 Matlab 應(yīng)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(xiàn)二維和三維數(shù)據(jù)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(yīng)用程序的圖形用戶界面。 (4)Matlab 數(shù)學(xué)函數(shù)庫 17 Matlab 數(shù)學(xué)函數(shù)庫是數(shù)學(xué)算法的一個巨大集合，該函數(shù)庫既包含了諸如求和、正弦、余弦、復(fù)數(shù)運算之類的簡單函數(shù) 。也 包含了矩陣轉(zhuǎn)置、特征值、貝塞爾函數(shù)、快速傅立葉變換等復(fù)雜函數(shù)。 (5)Matlab 應(yīng)用程序接口 (API) Matlab 應(yīng)用程序接口是一個 Matlab 語言向 C 和 Fortran等其他高級語言進(jìn)行交互的庫，包括讀寫 Matlab 數(shù)據(jù)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(biāo)驅(qū)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(kuò)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(xiàn)，包括 : ● Simulink Accelerator ● RealTime Workshop ● RealTime Windows Target ● Stateflow Blocksets 是為特殊應(yīng)用領(lǐng)域中設(shè)計的 Simulink 模塊的集合。包括以下幾個領(lǐng)域的模塊集 : ● DSP(數(shù)字信號處理 ) ● FiedPoint(定點 ) ● Nonlinear Control Design(非線性控制設(shè)計 ) ● Communications(通信 ) 18 （三） Matlab 工具箱 工具箱是 Matlab 用來解決各個領(lǐng)域特定問題的函數(shù)庫，它是開放式的，可以用，也可以根據(jù)自己的需要進(jìn)行擴(kuò)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(nèi)容非常廣泛，涵蓋了科學(xué)研究的很多門類。目前，己有涉及數(shù)學(xué)、控制、通信、信號處理、圖像處理、經(jīng)濟(jì)、地理等多種學(xué)科的二十多種 Mat lab 工具箱投入應(yīng)用。這些工具箱的作者都是相關(guān)領(lǐng)域 的頂級專家，從而確定了 Matlab 的權(quán)威性。應(yīng)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(fù)雜度。而 Mathworks 公司也致力于追蹤各學(xué)科的最新進(jìn)展，并及時推出相應(yīng)功能的工具箱，毫無疑問， Matlab 能在數(shù)學(xué)應(yīng)用軟件中成為主流是離不開各種功能強(qiáng)大的工具箱的。 Mathworks 公司自 1984 年正式推出 Matlab 后，經(jīng)過這些年的不斷更新，交互性越來越好，功能越來越強(qiáng)大，己經(jīng)成為國際公認(rèn)的最優(yōu)秀的數(shù)學(xué)應(yīng)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(jīng)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(jī)版于 1993 年完成。從該版本開始， Matlab 由 DOS 下的應(yīng)用程序改進(jìn)為 Windows 下的應(yīng)用程序，更易于操作，從而大大拓展了其應(yīng)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(shè)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(jī)輔助設(shè)計打開了局面。 1994 年推出的 版本擴(kuò)充了 版本 的功能，尤其在圖形界面設(shè)計方面提供了新的方法。 Matlab 在國內(nèi)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(chǔ)上前進(jìn)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(jīng)濟(jì)條件下，技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)品更新的步伐越來越快，企業(yè)間在技術(shù)領(lǐng)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(shè)計流程的工具來幫助他們發(fā)現(xiàn)新的途徑，并獲得技術(shù)上的突破。 MathWorks 公司的MATLAB 系列產(chǎn)品所具備的優(yōu)勢能夠很好地解決上面的問題，現(xiàn)今已發(fā)展成為工業(yè)界產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)平臺。作為業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)計算環(huán)境，MATLAB 系列產(chǎn)品涵蓋了建模，仿真，分析到樣機(jī)的全部設(shè)計流程，支持的專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域非常廣泛，包括力學(xué)，控制， DSP，圖像，通訊，電子等。 MATLAB系列產(chǎn)品能夠幫助工程師很好地完成產(chǎn)品開發(fā)流程中的各項任務(wù)，這些任務(wù)主要包括：數(shù)值計算，編程與算法開發(fā)，數(shù)據(jù)分析與可視化，系統(tǒng)建模與仿真，快速原型與實現(xiàn)。 （ 1） 數(shù)值計算 MATLAB 提供了大約 600 多個數(shù)學(xué)和工程上常用的函數(shù)。這些函數(shù)的數(shù)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(shù)值計算采用了 LAPACK， BLAS， FFTW 等優(yōu)秀數(shù)學(xué)函數(shù)庫，使得計算效率得到進(jìn)一步的提升。 （ 2） 算法開發(fā) 強(qiáng)大的計算能力，方便易用的編程語言和豐富的數(shù)學(xué)函數(shù)使 MATLAB 最適用于算法開發(fā)工作。典型的應(yīng)用包括：數(shù)據(jù)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(jìn)行算法開發(fā)就像平時書寫數(shù)學(xué)表達(dá)式一樣。 （ 3） 數(shù)據(jù)分析與可視化 通過 MATLAB，用戶可以分析所有類別的數(shù)據(jù)包括信號，圖像，多項式，時間歷程，多變量數(shù)據(jù)和線性系統(tǒng)等。從分析中總結(jié)出來的結(jié)果可以作為將來進(jìn)一步的算法和模型開發(fā)的基礎(chǔ)。此外，用戶可以快速地將代碼片段和知識轉(zhuǎn)換成可以重復(fù)使用的自動分析例程，不需要變量聲明和維數(shù)定義，可很快編寫出程序。 （ 4） 系統(tǒng)建模與仿真 建立在 MATLAB 強(qiáng)大的數(shù)學(xué)內(nèi)核基礎(chǔ)之上， Simulink 采用框圖方式方便地對非線性動態(tài)系統(tǒng)進(jìn)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?qū)Π刂葡到y(tǒng)，信號處理系統(tǒng)，通訊系統(tǒng)，電力系統(tǒng)等多學(xué)科的復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)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?qū)⒁延械拇a結(jié)合到仿真模型中使用。 （ 5） 快速原型與實現(xiàn) 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(diào)試就可以生成應(yīng)用代