巧用景深合成&圖像拼接技術(shù)，輕松get高質(zhì)量圖像

使用成像軟件，可以組合多張圖像，顯示更多細(xì)節(jié)。常用的兩種方法是圖像拼接和景深合成。圖像拼接是將多張圖像拼接成較大圖像的過程。這種類型的圖像通常稱為鑲嵌圖或全景圖。景深合成是指拍攝一系列相同場(chǎng)景的圖像，將這些圖像進(jìn)行疊加，融合成為單張圖像。這個(gè)過程可以使每張單一圖像都處于焦點(diǎn)區(qū)域，從而形成一張整體聚焦的圖像。這篇文章介紹了如何實(shí)現(xiàn)這些類型的圖像處理方法以及開始采用這些方法需要滿足的條件。

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圖像拼接

有兩種主要方法可以將圖像數(shù)據(jù)融合成較大的圖像。第一種方法是使用一臺(tái)相機(jī)拍攝并組合拍攝的圖像。第二種方法是使用組合相機(jī)拍攝一系列圖像，最好同時(shí)拍攝，然后將這些圖像融合成一張較大的圖像。這種圖像組合被稱為鑲嵌圖，鑲嵌圖一詞源于一張由多種材料組合而成的藝術(shù)圖片。在數(shù)字成像中，鑲嵌圖是指使用軟件拼接在一起的一組圖像。

重 疊

圖像拼接至少需要兩張圖像才能構(gòu)建一張鑲嵌圖。圖像拼接就像拼圖游戲，如果兩張圖像有匹配的部分，就可以拼接起來。匹配兩張圖像的圖像數(shù)據(jù)量稱為重疊或重疊圖像數(shù)據(jù)。重疊是指每張圖像中彼此匹配的像素?cái)?shù)。這意味著，每張圖像都有特定區(qū)域與另一張圖像重疊，并減少每張圖像內(nèi)的唯一像素。在以往的解決方案中，最多需要重疊80%的圖像才能實(shí)現(xiàn)合適的效果。 在圖2中，兩張拼接的圖像與所成像的部分景觀有一些重疊。這兩張圖像拼接在一起，清楚地表明哪些區(qū)域不包含唯一信息。這說明了校準(zhǔn)不當(dāng)可能引起的問題。將實(shí)時(shí)傳感器數(shù)據(jù)與確定性觸發(fā)結(jié)合使用，可確保最小的重疊，增加可以從鑲嵌圖中的每張圖像收集的最大數(shù)量的唯一數(shù)據(jù)。

為什么圖像拼接可以提高航空成像的質(zhì)量？

由于像素寬度非常重要，將相機(jī)組合在一起將像素寬度有效加倍，可能有助于提高成像質(zhì)量。并排安裝兩臺(tái)相機(jī)時(shí)，需要很高的精度，以最大程度地減少構(gòu)成鑲嵌圖像的重疊。圖3中顯示了一個(gè)2000萬像素相機(jī)和一組正確同步的900萬像素相機(jī)之間的區(qū)別。

如需了解重疊如何在航空成像中發(fā)揮重要作用，請(qǐng)閱讀白皮書《在航空成像中使用單臺(tái)相機(jī)還是多臺(tái)相機(jī)》(下載鏈接：https://www.lumenera.com/media/wysiwyg/documents/casestudies/Using_Single_vs_Multi_Cameras_in_Aerial_Imaging-White_Paper.pdf)。該白皮書介紹了航空成像系統(tǒng)中多臺(tái)相機(jī)的使用情況，通過使用雙目成像來組合多張圖像。這種類型的成像策略可以增加視覺系統(tǒng)可以捕獲的有效像素寬度，但生成正確的鑲嵌圖需要確保正確對(duì)齊、同步和圖像重疊。

對(duì) 齊

多臺(tái)相機(jī)共同使用的相機(jī)位置對(duì)整個(gè)視覺系統(tǒng)至關(guān)重要。在航空成像等應(yīng)用中，添加第二臺(tái)或第三臺(tái)相機(jī)可以極大地提高整個(gè)視覺系統(tǒng)的分辨率，因此必須對(duì)齊相機(jī)，從而在相機(jī)之間產(chǎn)生適當(dāng)?shù)闹丿B量。如果重疊過多，視覺系統(tǒng)會(huì)降低分辨率并實(shí)際縮小鑲嵌圖。

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景深合成

景深合成并不是在相機(jī)或目標(biāo)移動(dòng)時(shí)拍攝圖像以創(chuàng)建更大的圖像，而是在分辨率和尺寸相同的情況下，改進(jìn)圖像數(shù)據(jù)?？梢耘臄z一系列圖像并通過算法或手動(dòng)方式從每張圖像中選取焦點(diǎn)所在區(qū)域，從而形成深焦取景，實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)升級(jí)。 使用景深合成后，整張圖像看起來會(huì)更清晰。這種類型的圖像處理對(duì)于具有大量深度但需要分析全部內(nèi)容的圖像至關(guān)重要。景深合成的原始成分來自相機(jī)在不同焦點(diǎn)處拍攝的一系列圖像。可以是任意數(shù)量的圖像。 景深合成一般平均需要大約六張圖像才能獲得一個(gè)比較好的焦點(diǎn)范圍，以便從后往前捕獲焦點(diǎn)目標(biāo)。但是，捕獲的焦點(diǎn)目標(biāo)會(huì)因相機(jī)的實(shí)際設(shè)置、光圈（最重要）和被成像目標(biāo)的實(shí)際深度而不同。圖4顯示了在不同焦點(diǎn)處拍攝的一組圖像，合并后形成一張完全聚焦的清晰圖像。

圖像質(zhì)量的重要性

防止圖像數(shù)據(jù)質(zhì)量下降的最佳方法是以RAW格式捕獲圖像，而非使用.JPEG等格式的文件。RAW圖像使用無損數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)。采用該技術(shù)，文件體積會(huì)更大（通常大2-6倍），但會(huì)保留更多的細(xì)節(jié)。這種類型的文件可以有多種文件類型，擴(kuò)展名為.DNG、.TIF等。標(biāo)準(zhǔn)原始圖像格式為.TIF，但許多相機(jī)制造商會(huì)采用自己擁有的圖像格式。Teledyne Imaging提供的軟件支持TIF和其他無損壓縮格式，例如Windows位圖。

圖像的位深度也可以從典型的8位相機(jī)輸出增加到12或14位。如果位深度較高，可以進(jìn)行圖像處理，對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行更多控制，例如降噪和銳化。在圖像后期處理過程中控制更多參數(shù)有助于圖像拼接和景深合成等應(yīng)用。

審核編輯 ：李倩