【摘 要】
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虚拟现实和航拍遥感等领域对图像有宽视场和高分辨率的要求,将有重叠区域的多幅图像拼接为一张图像是满足此要求的一种常用手段。基于特征的图像拼接对图像的尺度、旋转和平移具有不变性,是目前图像拼接领域的研究热点,其主要步骤包括:图像的特征提取与描述、特征点匹配、重投影拼接和图像融合等。基于特征的拼接算法的硬件实现较复杂,目前实现高效的实时图像拼接系统仍具有重要的研究意义。为了解决上述问题,本文设计了一个基
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虚拟现实和航拍遥感等领域对图像有宽视场和高分辨率的要求,将有重叠区域的多幅图像拼接为一张图像是满足此要求的一种常用手段。基于特征的图像拼接对图像的尺度、旋转和平移具有不变性,是目前图像拼接领域的研究热点,其主要步骤包括:图像的特征提取与描述、特征点匹配、重投影拼接和图像融合等。基于特征的拼接算法的硬件实现较复杂,目前实现高效的实时图像拼接系统仍具有重要的研究意义。为了解决上述问题,本文设计了一个基于FPGA的实时图像拼接系统,它包括图像采集、图像拼接、图像缓存和图像输出四个模块。由于SIFT算法是图像局部不变性特征算法中性能最佳的算法之一,所以拼接模块采用SIFT进行图像配准,但其存在结构复杂、耗时久的问题,本文重点对此进行了电路设计优化:首先,对二维高斯滤波的结构进行分离,在行列两个方向分别进行操作以提高构建空间金字塔的速度,提高了运算效率;然后,采用插值算法计算像素点梯度方向和幅值进而生成梯度直方图,相比于传统梯度计算,减少了硬件资源消耗。此外,针对单应性矩阵计算复杂的问题,使用旋转、尺度和平移的几何变换,合理地减少了单应性矩阵的未知量个数,降低了重投影拼接过程中RANSAC算法的运算复杂度,提高了硬件实现效率。本文在Xilinx Kintex-7 FPGA平台上对本文系统进行测试。结果表明,系统在平移、光照、尺度、旋转和视角等方面均具有良好的不变性,且匹配点的曼哈顿距离误差均小于5像素。系统对两幅640*480图像的SIFT配准和图像拼接的帧率分别可达190fps和49fps,满足图像实时拼接的要求,具有较高的应用价值。
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