[发明专利]基于互补场景模型的球面全景图缺失信息修复方法

摘要

本发明公开了一种基于互补场景模型的球面全景图缺失信息修复方法，首先建立目标位置处球面全景图与球面虚拟实景的映射关系，然后利用目标位置（待修补全景图所处位置）和源位置（用于修补的全景图所处位置）处球面虚拟实景间存在的互补现象，建立互补场景模型，最后建立源位置球面虚拟实景到球面全景图的映射关系，从而求得目标全景图中缺失信息在源全景图中的对应位置，以进行修复。本发明对球面全景图采集过程中存在的场景信息缺失问题提出了具体的解决方案，修补的缺失场景具有真实性，可以满足犯罪现场重建等特定领域的需要。

主权项

1.基于互补场景模型的球面全景图缺失信息修复方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）建立虚拟实景空间中目标位置处的空间坐标系，并推导球面全景图中像素坐标系到该空间坐标系的转换关系；在目标位置建立空间直角坐标系OXYZ，并在此坐标系下建立球面O，其中球面的球心为O点、半径为R，则此球面即为位置O处对应的球面虚拟实景空间原型；假设球面全景图上某像素点坐标为 (x_pixel,y_pixel)，其在球面虚拟实景空间中对应点A的坐标为(x,y,z)，球面全景图的像素尺寸为imageWidth×imageHeight，则(x,y,z)可以通过如下坐标转换关系获得：x=Rcos2πxpixelimageWidthsinπypixelimageHeighty=Rsin2πxpixelimageWidthsinπypixelimageHeightz=RcosπypixelimageHeight]]>（2）根据空间位置关系，建立球面虚拟实景空间中目标位置与源位置之间的互补场景模型，其中目标位置为待修补全景图所处位置，源位置为用于修补的全景图所处位置；假设球面虚拟实景空间中任何位置处球面球心离地面的高度为H，目标位置处建立的球面空间模型为球面O，源位置处建立的球面空间模型为球面O′，以O原点建立空间坐标系OXYZ，则在坐标系OXYZ下，O′的坐标为(x_O,y_O,z_O)，目标位置缺失场景中的点A(x,y,z)对应到真实三维世界中的点A₁，记A₁坐标为 (x₁,y₁,z₁)，则：x1=-Hcos2πXpixelimageWidthtanπYpixelimageHeighty1=-Hsin2πXpixelimageWidthtanπYpixelimageHeightz1=-H]]>假设真实三维世界中的点A₁在位置O′处的虚拟实景中投影为A₂，则A₂在球面O′上，为直线A₁O′和球面的交点，A₂点即为目标位置处缺失场景点A的互补场景点；建立以O′为原点的空间直角坐标系O′X′Y′Z′，在O′X′Y′Z′坐标系下，A₁的坐标为(x′₁,y′₁,z′₁)，A₂的坐标为(x′₂,y′₂,z′₂)，O′的坐标为(0,0,0)，则A₂的坐标可以通过如下公式计算获得：x′1=x1-xO=-Hcos2πXpixelimageWidthtanπYpixelimageHeight-xOy′1=y1-yO=-Hsin2πXpixelimageWidthtanπYpixelimageHeight-yOz′1=z1=-H]]>由于O′、A₁、A₂同处于一条直线上，则在空间直角坐标系O′X′Y′Z′中有以下关系：x′1x′2=y′1y′2=z′1z′2=k]]>k为大于0的数；假设A₂在球面O′对应的极坐标为，则可求得：其中函数Sgn(x)定义为Sgn(x)=0x≥01x<0]]>由于目标位置和源位置的球面虚拟实景之间具有互补现象，即在球面O′上存在球面O底部缺失的场景，因此，称上述建立的模型为互补场景模型；至此，互补场景模型已经建立，模型内部的坐标转换关系已推导得出；（3）建立源位置处球面虚拟实景到球面全景图的映射关系，从而获得目标位置处球面全景图中缺失场景的像素信息；建立以源位置O′点为原点的球面空间模型，此模型中A₂点对应到球面全景图的像素坐标为(x′_pixel,y′_pixel)，则A₂的极坐标与像素坐标 (x′_pixel,y′_pixel)的转换公式为；则得到以下的像素信息转换关系RGBA(O,x_pixel,y_pixel)=RGBA(O′,x′_pixel,y′_pixel)即位置O处对应的目标全景图场景缺失区域中某像素点坐标为(x_pixel,y_pixel)，经过以上转换关系计算得到的源全景图O′上的像素点坐标为(x′_pixel,y′_pixel)，则利用像素点 (x′_pixel,y′_pixel)中的像素信息去填补 (x_pixel,y_pixel)缺失的像素信息，从而达到真实修复的目的。