МЕТОД СОЗДАНИЯ СФЕРИЧЕСКИХ ПАНОРАМ ИЗ ИЗОБРАЖЕНИЙ, ПОЛУЧЕННЫХ ВСЕНАПРАВЛЕННЫМИ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫМИ СИСТЕМАМИ

Предмет исследования. Характерной чертой сферических панорам является максимально возможный угол обзора пространства (360º×180º ). Всенаправленные оптико-электронные системы способны получать изображения, в которых отображается большая часть этого пространства, однако эти изображения отличны от канонической сферической панорамы. В работе предложен метод преобразования круговых изображений, полученных всенаправленными оптическими системами, к каноническим сферическим панорамным изображениям с использованием процедуры калибровки всенаправленной оптико-электронной системы. Метод. Процесс создания сферических панорам состоит из трех этапов. На первом этапе происходит формирование виртуальной поверхности в пространстве предметов, соответствующей полю зрения сферической панорамы. Поверхность задается посредством массива трехмерных точек. На втором этапе находятся координаты изображений этих точек в плоскости фотоприемника. На третьем этапе осуществляется поэлементное формирование выходного изображения из исходного всенаправленного изображения с использованием координат, полученных на втором этапе. Основные результаты. Рассмотрена геометрическая проекционная модель сферических панорам. Предложен алгоритм расчета массива трехмерных точек, характеризующего поле зрения сферической панорамы, удобный для практического применения. Разработанный метод предназначен для работы с всенаправленными оптико-электронными системами – как с зеркально-линзовыми оптическими системами, так и со сверхширокоугольными объективами типа «рыбий глаз». Представлены экспериментальные результаты, в которых среднеквадратическая ошибка перепроецирования составила 0,794 пиксела, что указывает на корректность предложенного в работе метода. Практическая значимость. Предложенный метод может найти применение в технологиях создания виртуальных туров и панорам улиц, где сферические панорамные изображения являются стандартом для хранения визуальной информации, а также в различных сферах робототехники, ориентации и навигации космических аппаратов и беспилотных летательных аппаратов.

1. Соломатин В.А., Иванова Н.В. Cовременные направления развития панорамных оптических и оптико-электронных систем // Труды международной конференции «Прикладная оптика». Санкт-Петербург, 2012. С. 141–144.
2. Yarishev S., Konyahin I.A., Timofeev A.N. Universal opto-electronic measuring modules in distributed measuring systems // Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering. 2009. V. 7133. Art. 71333Y. doi: 10.1117/12.821251
3. Konyahin I.A., Timofeev A.N., Yarishev S.N. High precision angular and linear mesurements using universal opto-electronic measuring modules in distributed measuring systems // Key Engineering Materials. 2010. V. 437. P. 160–164. doi: 10.4028/www.scientific.net/KEM.437.160
4. Korotaev V.V., Konyahin I.A., Timofeev A.N., Yarishev S.N. High precision multimatrix optic-electronic modules for distributed measuring systems // Proceedings of SPIE - The International Society for Optical En-gineering. 2010. V. 7544. Art. 75441E. doi: 10.1117/12.886294
5. Lazarenko V., Yarishev S. The algorithm for transforming a hemispherical field-of-view image // Proc. 3rd Int. Topical Meeting on Optical Sensing and Artificial Vision (OSAV'2012). St. Petersburg, Russia, 2012. P. 35–38.
6. Lazarenko V., Korotaev V., Yaryshev S. The algorithm for transformation of images from omnidirectional cameras // Proc. Latin America Optics and Photonics Conference (LAOP 2014). Mexico, 2014. Art. LTh4A.43.
7. Лазаренко В.П., Ярышев С.Н. Алгоритм трансформации изображений с полусферическим полем зре-ния // Актуальные теоретические и практические вопросы современного оптико-электронного прибо-ростроения. Сборник трудов молодых ученых / Под ред. В.В. Коротаева. СПб.: НИУ ИТМО, 2012. С. 103–105.
8. Лазаренко В.П., Джамийков Т.С., Коротаев В.В., Ярышев С.Н. Алгоритм преобразования изображений, полученных всенаправленными оптико-электронными системами // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2015. Т. 15. № 1. С. 30–39. doi: 10.17586/2226-1494-2015-15-1-30-39
9. Lazarenko V.P., Yarishev S., Korotaev V. The algorithm for generation of panoramic images for omnidirectional cameras // Proceedings of SPIE – The International Society for Optical Engineering. 2015. V. 9530. Art. 95300K. doi: 10.1117/12.2184584
10. Scaramuzza D., Martinelli A., Siegwart R. A flexible technique for accurate omnidirectional camera calibra-tion and structure from motion // Proc. 4th IEEE Int. Conf. on Computer Vision Systems (ICVS'06). NY, USA, 2006. V. 2006. Art. 1578733. P. 45. doi: 10.1109/ICVS.2006.3
11. Scaramuzza D., Martinelli A., Siegwart R. A toolbox for easily calibrating omnidirectional cameras // Proc. IEEE Int. Conf. on Intelligent Robots and Systems (IROS 2006). Beijing, China, 2006. Art. 4059340. P. 5695–5701. doi: 10.1109/IROS.2006.282372
12. Волосов Д.С. Фотографическая оптика. Теория, основы проектирования, оптические характеристики. М.: Искусство, 1978. 543 с.
13. Brosz J., Samavati F. Shape defined panoramas // Proc. Int. Conf. on Shape Modeling and Applications (SMI 2010). Aix-en-Provence, France, 2010. P. 57–67. doi: 10.1109/SMI.2010.23
14. Salomon D. Transformations and Projections in Computer Graphics. Springer-Verlag, 2006. 283 p.
15. Голушко М.Н., Ярышев С.Н. Оптико-электронная система наблюдения «Тайфун» // Вопросы радио-электроники. Cерия: Техника телевидения. 2014. № 1. С. 38–42.
 

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License