專利名稱：一種平面目標圖像的透視變形方法和系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于圖像處理技術領域，具體涉及一種平面目標圖像的透視變形方法及系統(tǒng)。
背景技術：
平面目標圖像的透視變形屬于圖像變形技術。圖像變形技術是圖像處理的一個分支，主要解決兩個問題:(I)圖像變形前后兩個圖像的空間位置及光學特征的映射問題；圖像連續(xù)變形過程的平滑與優(yōu)化問題。隨著計算機圖形學和計算機視覺技術的發(fā)展以及對圖像變形技術的旺盛需求，該項技術取得了很大的進步，應用領域也在不斷擴大?，F(xiàn)有圖像變形技術主要包括三種方法:方法一，基于網(wǎng)格的圖像變形算法。首先在圖像中選擇若干特征控制點，建立圖像的特征網(wǎng)格模型，變形處理過程使圖像在網(wǎng)格的約束下，在網(wǎng)格內部按某種算法，計算圖像變形前后兩個圖像的空間位置及光學特征的映射關系。方法二，基于域的圖像變形算法。利用源圖像和目標圖像中具有代表性的特征線段來定義變形前后兩幅圖像的特征坐標映射，其它的點通過到線段的距離來確定對準關系。通常用逆向映射來估算圖像變形，并按某種算法，計算目標變形圖像對應源圖像的空間位置及光學特征的映射關系。方法三，基于能量的圖像變形算法。利用源圖像和目標圖像中具有代表性的特征線段來定義變形前后兩幅圖像的特征坐標映射，其它的點通過到線段的距離來確定對準關系。通常用逆向映射來估算圖像變形，并按某種算法，計算目標變形圖像對應源圖像的空間位置及光學特征的映射關系?，F(xiàn)有圖像變形技術中，確定圖像的變形特征是其中非常重要的技術環(huán)節(jié)。由于圖像的變形都是非線性的，變形特征又是千變萬化的。設定變形特征有人工設定和自動設定兩種方式。人工設定是非常復雜且繁瑣的事情，對于某些應用還必須采用人工設定方式；對于有一定規(guī)律的應用場合，可采用自動設定方式，自動設定方式必須依據(jù)圖像上具有明顯特征的圖像信息，如邊界、格線、曲線段等，按一定規(guī)則完成變形特征設定。連續(xù)變形過程的平滑與優(yōu)化實際上也是通過對連續(xù)圖像變形特征的設定與變形算法的優(yōu)化來實現(xiàn)的。本發(fā)明技術所涉及的圖像變形，是屬于具有透視變形規(guī)律的非線性圖像變形。此項技術中，透視變形與透視變形的矯正，實際上都是通過確定變形前后圖像的透視變形特征，然后，根據(jù)透視變形特征計算圖像變形前后兩個圖像的空間位置及光學特征的映射關系，最后實現(xiàn)透視變形或透視變形矯正。由于透視變形與透視變形矯正技術在求取透視變形特征這一技術措施是相似的，下面介紹有關透視變形矯正的現(xiàn)有相關技術?，F(xiàn)有的透視矯正專利技術，是根據(jù)平面圖像的矩形邊界的全部或局部、根據(jù)平面圖像中的框線、文字行、列等能標示透視變形特征的信息，檢測確定透視變形參數(shù)，并加以矯正。當平面目標圖像沒有可利用的信息時，則無法實現(xiàn)透視矯正；另外檢測過程也降低了矯正的速度。
《透視變形文檔圖像的矯正裝置和矯正方法》(中國專利申請?zhí)?200710088355.0，
公開日:2008.09.17);美國專利 6,873,732，C.R.Dance, ((Method and apparatusforresolving perspective distortion in a document image and for calculatinglinesunm in images》是比較接近本發(fā)明的兩項專利技術。上述專利文獻所公開的技術以文檔透視變形圖像為對象，通過檢測文檔圖像的矩形邊界的全部或局部、根據(jù)文檔圖像中的框線、文字行、列等能標示透視變形特征的信息，確定水平消失點和垂直消失點。依據(jù)水平消失點和垂直消失點計算得到矯正轉換矩陣，并完成文檔的透視變形矯正。該項技術的復雜性是在確定水平消失點和垂直消失點的過程中。當文檔圖像字跡不清楚、信息缺失等情況下，確定水平消失點和垂直消失點是十分困難的，專利中有很復雜的處理過程，需要通過復雜的圖像處理技術和統(tǒng)計分析方法。即使這樣，對所需檢測信息不好的圖像，仍然很難實現(xiàn)正確矯正。申請?zhí)枮?00710088355.0的中國專利介紹取得較好的效果，主要也是在確定水平消失點和垂直消失點的過程，有些特殊的處理技術?，F(xiàn)有技術是依據(jù)透視變形的傳統(tǒng)思想來實現(xiàn)透視變形特征的求取，存在處理過程復雜、計算量大、處理速度較慢、對圖像的要求較高的缺點。對于有些不能提供規(guī)則邊緣信息的圖像還無法實現(xiàn)透視變形特征的圖像變形處理。在沒有可利用的邊緣、線框等可用信息的情況下，怎樣實現(xiàn)圖像的透視變形是一個現(xiàn)實需要解決的問題。提出一套不依賴圖像內任何圖像信息，只依賴于設定的攝像環(huán)境參數(shù)(對平面目標的攝像角度、距離等參數(shù))就可實現(xiàn)透視變形的方法，是解決這一現(xiàn)實問題的有效措施。由于這一方法不依賴圖像內任何圖像信息，在某些應用環(huán)境下，它也是更具普遍意義的方法。對于連續(xù)的透視變形過程，采用現(xiàn)有圖像變形技術也無法實現(xiàn)真實的圖像透視變形。

發(fā)明內容
針對現(xiàn)有技術中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠簡化變形計算過程、降低變形過程的計算量、提高變形速度的平面目標圖像透視變形方法及系統(tǒng)。本發(fā)明的另一目的在于提供一種通過連續(xù)改變攝像環(huán)境參數(shù)，實現(xiàn)連續(xù)的圖像透視變形過程。為達到以上目的，本發(fā)明采用的技術方案是，一種平面目標圖像透視變形的方法，包括以下步驟:(I)提供與目標平面成垂直角度攝取的源圖像，設定所述源圖像透視變形對應的攝像環(huán)境參數(shù)；(2)根據(jù)環(huán)境參數(shù)確定垂直變形方向，選擇與垂直變形方向相垂直的方向作為水平變形方向；(3)根據(jù)步驟I得到的攝像環(huán)境參數(shù)以及步驟2選擇的垂直變形方向、水平變形方向，根據(jù)投影射線在垂直變形方向的不同位置i，計算相對應的垂直變形系數(shù)v[i]和水平變形系數(shù)h[i]；(4)利用步驟3獲得的垂直變形系數(shù)v[i]和水平變形系數(shù)h[i]，對步驟I提供的源圖像進行透視變形計算，獲得在步驟I所設定的攝像環(huán)境下對所述源圖像的透視變形圖像。
進一步，步驟I中，所述攝像環(huán)境參數(shù)設定方法如下:在所述源圖像上任選一點P1與透視中心Ptl和成像平面中一點Pltl共直線，設定攝像裝置透視中心到P1點的直線與所述源圖像所在平面的夾角S1，選定透視中心到P1點的直線在所述源圖像所在平面投影線上的一點P2，設定攝像裝置透視中心到所述源圖像所在平面P2點直線與所述源圖像所在平面的夾角S2，確定透視中心到P2點的直線與成像平面的交點P2tl點，所述成像平面中一點Pltl點是透視中心Ptl點對成像平面的正交點；步驟2中，選擇由所述源圖像上P1到？2點所確定的直線作為垂直變形方向；所述的攝像裝置透視中心、所述源圖像所在平面一點P1和S1以及P2和S2是根據(jù)透視變形所需的攝像環(huán)境來確定。進一步,步驟3中，設成像平面垂直方向長度坐標最小值O,最大值Xmax,令i = 0到i = x_，i增量為1，循環(huán)求取投射線經過成像平面垂直方向長度為i，相交與所述源圖像所在平面的Ii點，計算位置i處的垂直方向透視變形系數(shù)v[i] = yi/i。更進一步，再求取Ji到成像平面M2的垂線長度Zi ;透視中心到M2的距離記作jQ，計算位置i處的水平方向透視變形系數(shù)h[i] = (j0+Zi)/j0O進一步，步驟4中，透視變形過程由兩個方向的透視變形信息綜合計算獲得每個像素的透視變形系數(shù)，垂直方向的不同位置具有不同的垂直方向透視變形系數(shù)，確定所述源圖像和成像平面在垂直方向上相互映射關系；垂直方向的不同位置上也具有不同的水平方向透視變形系數(shù)，確定所述源圖像和成像平面在水平方向上相互映射關系；由此構成所述源圖像和成像平面的相互映射關系。所述成像平面即為透視變形圖像所在平面。更進一步，所述的透視變形過程包括如下步驟:I)確定透視變形圖像的寬度和高度；2)由透視變形圖像計算每個像素對應所述源圖像像素的x、y坐標，按插值方法完成映射計算；再進一步，步驟2)中，所述的插值方法包括如下步驟:(a)對變形后目標圖像的第m行，求取對應在成像平面上的高度；(b)求取變形后目標圖像m行對應源圖像的行數(shù)nm ；(c)確定對應目標圖像m行的水平變形系數(shù)h[i]，設定水平方向的中心坐標xQ;(d)在目標圖像上，對m行，計算每個像素與源圖像的對應關系，目標圖像的像素值由源圖像上對應位置相鄰的4個像素值加權計算得到。更進一步，步驟(d)中，目標圖像上第m行對應源圖的行參數(shù)Um = nm，該行的第j個像素求對應源圖像的像素列參數(shù)，Xj = Xo+(j-Xo)*h[i],行參數(shù)Um和列參數(shù)Xj均為浮點數(shù)，它確定了目標圖像上第m行、第j列的像素對應源圖像的行、列位置。進一步，將攝像環(huán)境參數(shù)作為對所述源圖像透視變形的控制參數(shù)，連續(xù)改變攝像環(huán)境參數(shù)中的一個或多個參數(shù)值，獲得連續(xù)的圖像透視變形效果。一種平面目標圖像透視變形的系統(tǒng)，包括以下裝置:圖像及攝像環(huán)境參數(shù)提取裝置21:用于提供在與目標平面成垂直角度攝取的源圖像(即未進行變形處理前的源圖像)，設定所述源圖像透視變形對應的攝像環(huán)境參數(shù)；垂直及水平變形方向確定裝置22:用于根據(jù)攝像環(huán)境參數(shù)確定垂直變形方向，選擇與垂直變形方向相垂直的方向作為水平變形方向；變形系數(shù)計算裝置23:用于根據(jù)設定的攝像環(huán)境參數(shù)以及選擇的垂直變形方向、水平變形方向，根據(jù)投影射線，在垂直變形方向的不同位置i，計算相對應的垂直變形系數(shù)v[i]和水平變形系數(shù)h[i]；透視變形裝置24:用于利用垂直變形系數(shù)v[i]和水平變形系數(shù)h[i]，對提供的源圖像進行透視變形計算，獲得在所設定的攝像環(huán)境下對所述源圖像的透視變形圖像。本發(fā)明的效果在于:采用本發(fā)明所述的方法及系統(tǒng)，可以簡化變形計算過程、降低變形過程的計算量、提高變形速度。本發(fā)明的另一效果在于通過連續(xù)改變攝像環(huán)境參數(shù)，可以實現(xiàn)連續(xù)的圖像透視變形過程。


圖1是本發(fā)明所述方法的流程圖；圖2是本發(fā)明所述系統(tǒng)的結構圖；圖3是平面目標攝像環(huán)境不意圖；圖4是平面目標前投影模型垂直方向示意圖；圖5是平面目標前投影模型水平方向示意圖；圖6是實施例原始圖像；圖7是實施例中垂直方向變形系數(shù)和水平方向變形系數(shù)的曲線圖；圖8是實施例中圖6所示圖像采用本發(fā)明所述方法經透視變形后獲得的圖像。圖9是實施例中圖6所示圖像采用本發(fā)明所述方法經透視變形后獲得的另一圖像。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步描述。如圖2所示，一種平面目標圖像透視變形的系統(tǒng)，包括以下裝置:圖像及攝像環(huán)境參數(shù)提取裝置21:用于提供在與目標平面成垂直角度攝取的源圖像(即未進行變形處理前的源圖像)，設定所述源圖像透視變形對應的攝像環(huán)境參數(shù)，本實施例中，攝像環(huán)境參數(shù)設定方法如下:在源圖像上任選一點P1與透視中心Ptl和成像平面(透視變形后圖像所在的平面)中一點Pltl共直線，設定攝像裝置透視中心到P1點的直線與源圖像所在平面的夾角S1，選定透視中心到P1點的直線在源圖像所在平面投影線上的一點P2，設定攝像裝置透視中心到源圖像所在平面P2點直線與源圖像所在平面的夾角S2，確定透視中心到P2點的直線與成像平面的交點P2tl點；成像平面中一點Pltl點是透視中心P。點對成像平面的正交點；垂直及水平變形方向確定裝置22:用于選擇所述源圖像上P1到P2點所確定的直線作為垂直變形方向，選擇與垂直變形方向相垂直的方向作為水平變形方向；變形系數(shù)計算裝置23:用于根據(jù)設定的Sl、p2、S2、所述源圖像所在平面一點P1以及選擇的垂直變形方向、水平變形方向，根據(jù)投影射線，在垂直變形方向的不同位置i，計算相對應的垂直變形系數(shù)V [i]和水平變形系數(shù)h[i]；透視變形裝置24:用于利用垂直變形系數(shù)v[i]和水平變形系數(shù)h[i]，對提供的源圖像進行透視變形計算，獲得在所設定的攝像環(huán)境下對所述源圖像的透視變形圖像。如圖1所示，一種平面目標圖像的透視變形方法，包括以下步驟:步驟Sll:提供在與目標平面成垂直角度攝取的源圖像(即未進行變形處理前的源圖像)，設定所述源圖像透視變形對應的攝像環(huán)境參數(shù)，設定方法如下:在所述源圖像上任選一Ap1與透視中心Po和成像平面(透視變形圖像所在的平面)中一點Pltl共直線，設定攝像裝置透視中心到口:點的直線與所述源圖像所在平面的夾角S1，選定透視中心到P1點的直線在所述源圖像所在平面投影線上的一點P2，設定攝像裝置透視中心到所述源圖像所在平面&點直線與所述源圖像所在平面的夾角S2，確定透視中心到P2點的直線與成像平面的交點Pm點；成像平面中一點P1CI點是透視中心Po點對成像平面的正交點。步驟S12:選擇由步驟Sll所述源圖像上P1到P2點所確定的直線作為垂直變形方向，選擇與垂直變形方向相垂直的方向作為水平變形方向；所述成像平面實際上就是透視變形圖像對應的平面，P20是P2點對應到透視變形圖像上的點；步驟S13:根據(jù)步驟Sll設定的Sp p2> S2、所述源圖像所在平面一點P1以及步驟S12選擇的垂直變形方向、水平變形方向，根據(jù)投影射線，在垂直變形方向的不同位置i，計算相對應的垂直變形系數(shù)V [i]和水平變形系數(shù)h[i]；步驟S14:利用步驟S13獲得的垂直變形系數(shù)v [i]和水平變形系數(shù)h [i]，對步驟Sll提供的源圖像進行透視變形計算，獲 得在步驟Sll所設定的攝像環(huán)境下對所述源圖像的透視變形圖像。如圖3、圖4所不，圖3是圖像透視變形對應的攝像環(huán)境不意圖，其中M是所述源圖像所在平面，Po是攝像裝置透視中心。圖4中的M2 (圖3中未畫出)是所述源圖像所在平面] 在p2點處的成像平面，成像平面是透視變形圖像對應的平面。成像平面M2中一點Pki點與P1、Pci的點共直線。S1是Pci與P1確定的直線與所述源圖像所在平面M的夾角；p2是P。與P1確定的直線在平面M上投影線上的一點；s2是Ptl與P2確定的直線與所述源圖像平面M的夾角；P2(I是透視中心到P2點的直線與成像平面M2的交點。其中,PpSpPyS2這4個參數(shù)，唯一的確定了對所述源圖像進行透視變形對應的攝取環(huán)境。但是，所選4個參數(shù)，只是它所確定唯一攝像環(huán)境的充分條件。也就是說，所述唯一攝像環(huán)境可以由不同的參數(shù)組合來確定。本發(fā)明選擇所述4個參數(shù)，只是考慮求取變形參數(shù)的方便性。攝像環(huán)境參數(shù)還可以選擇為源圖像中的P1、P2、Si以及透視中心到？1點的距離。其中P1、P2> S1所表示的意義與圖4所示的完全相同。根據(jù)這組攝像環(huán)境參數(shù)，利用三角公式可導出如圖4所示的Pl、p2、S1, S2攝像環(huán)境參數(shù)。所以只要利用三角公式可導出如圖4所示的PpP2、S1、S2的各種攝像環(huán)境參數(shù)都適用于本方法。圖6是與目標平面成垂直角度攝取的圖像，圖像寬度780，圖像高度583，對圖6所示圖像設定透視變形對應的攝像環(huán)境，設定P1、P2點，Pi點坐標(X = 390, y = 387), p2點坐標(X = 390, y = 582);設定 S1 = 30 度，S2 = 40 度。步驟S12中，選擇垂直變形方向和水平變形方向，是基于對平面目標透視變形的分析，也是本發(fā)明核心思想的關鍵環(huán)節(jié)。圖4是圖3所示攝像環(huán)境，在與圖3中P(l、Pl, p2二點所確定的平面相垂直角度看到的視圖。圖4中Pd、M、P1^ S1^ p2> S2所表不的信息與圖3完全相同。圖4是按前投影模型繪制的投影示意圖，其中的M2是所述源圖像所在平面M在P2點處的成像平面。成像平面M2放置的位置只影響透視變形圖像大小的比例關系，而不影響透視變形規(guī)律。在圖4中，將當前成像平面M2的位置記作位置1，在M2與Ptl之間選擇另一位置記作位置2，我們在兩個不同位置放置成像平面，計算得到的垂直變形系數(shù)V1 [i]=k*v2[i];水平變形系數(shù)hji] =k*h2[i]。k是在1、2兩個不同位置放置成像平面所成圖像高度的比例值。由圖4可知，透視中心的視野角度確定了源圖像所在平面被攝入的范圍。本實施例中，P2選擇Ptl與P1確定的直線在所述圖像平面M上投影線與對應成像平面的下邊緣線的交點，并將成像平面放置在P2點處。這樣處理只是為了分析方便。如果選擇的點并未對應成像平面的下邊緣，選擇P1點到P2的直線與對應成像平面的下邊緣線的交點處放置成像平面。選擇一根投射線，與M2相交于最下點X(l，定義為成像平面垂直方向長度坐標的O點；與1相交于y(l點，定義為所述圖像平面垂直方向長度坐標的O點。選擇任意一根投射線，與M2相交于X點，與M相交于y點，V = y/x就是這一投射線所確定的垂直方向透視變形系數(shù)。在步驟S13中，設成像平面垂直方向長度坐標最小值0，最大值Xmax，令i = O到i=Xfflax, i增量為1，循環(huán)求取投射線經過成像平面垂直方向長度為i，相交與所述圖像平面的點，垂直方向透視變形系數(shù)V [i] =yi/i。水平方向透視變形分析，如圖5所示，圖5是圖3從P(l，P1直線對所述源圖像平面M的投影方向看到的攝像環(huán)境的示意圖。也是圖4由上向下看的示意圖。圖5中P(l、M、Pl、P2所表示的信息與圖3完全相同。其中的M2是俯視看到的圖4中的成像平面。圖中仏與透視中心點Po邊界投射線所包圍的源圖像所在平面區(qū)域，投影成像在成像平面M2上。由圖4可知，成像平面M2上，由坐標O點開始，不同的長度X，投影對應源圖像所在平面上的y點與成像平面的距離是不同的，源圖像所在平面上的I點對應圖5中平行于成像平面M2的一條直線，該直線與成像平面M2的距離z。該直線到透視中心的距離=z+po點到成像平面M2的距離。圖5中與成像平面M2平行的處于不同位置的直線與透視中心的距離都是不同的。由圖5可知源圖像到成像的縮小系數(shù)與此距離成反比例關系；成像到源圖像的放大系數(shù)與此距離成正比例關系。與求取垂直變形系數(shù)相同，在圖4中，設成像平面垂直方向長度坐標最小值0，最大值Xmax，令i = O到i = Xfflax, i增量為I，循環(huán)求取投射線經過成像平面垂直方向長度為i，相交與目標平面的Yi點，再求取Yi到成像平面M2的垂線長度Zi ;透視中心到成像平面M2的距離記作Jtl，水平方向透視變形系數(shù)h[i] = (j0+Zi)/j0O實際的計算過程，垂直、水平方向透視變形系數(shù)在同`一循環(huán)過程中完成。圖7是根據(jù)圖6的圖像及對應的攝像環(huán)境參數(shù)計算得到的垂直方向變形系數(shù)和水平方向變形系數(shù)的曲線圖。圖中橫坐標表示圖4中成像平面上X的位置；縱坐標是變形參數(shù)值。圖7中有兩條曲線，上面的是垂直方向變形系數(shù)曲線；下面的是水平方向變形系數(shù)曲線。當 i = O 時，v
= 1.532，h
= 1.00 ;當 x = 237 時，v[237] = 2.463，h[237]=
1.608。由圖7可知垂直和水平方向變形系數(shù)的變化規(guī)律都是非線性的。變形過程由兩個方向的變形信息綜合計算獲得每個像素的變形系數(shù)。垂直方向的不同位置具有不同的垂直方向變形系數(shù)，確定所述源圖像平面和成像平面在垂直方向上相互映射關系；垂直方向的不同位置也具有不同的水平方向變形系數(shù)，確定所述源圖像平面和成像平面在水平方向上相互映射關系；由此構成所述源圖像平面和成像平面(透視變形后圖像所在的平面)的相互映射關系。透視變形的過程，使得部分圖像數(shù)據(jù)在垂直和水平方向產生了不可逆的壓縮損失。一般情況下，透視變形的垂直方向與圖像的像素縱向坐標的夾角記作Sp。本實施例，設定Sp = O度，即透視變形的垂直方向與圖像像素縱向坐標方向一致。這樣設定只是為了更直接的說明透視變形的過程。當Sp不等于O時，只需對圖像作常規(guī)的旋轉處理即可滿足本實施例的設定要求。在步驟S14的變形過程，我們將待變形的圖像稱為源圖像，變形后的圖像稱為目標圖像即透視變形圖像。變形過程包括如下步驟:I)確定目標圖像的寬度和高度；對應圖6圖像 的高度583，在計算垂直變形系數(shù)時，對應變形后的圖像最大高度為237，對應的變形系數(shù)為V [237]，求取變形后圖像最大高度hm = 583/v [237] = 237 ;對應圖6圖像的寬度和水平變形系數(shù)h
，求取變形后圖像最大寬度780*h
= 780。2)由目標圖像計算每個像素對應源圖像像素的x、y坐標，按插值方法完成映射計
笪利用垂直、水平變形系數(shù)，可以有很多種方法，完成源圖像到目標圖像的插值計算。本實施例使用的方法如下:(a)對目標圖像的第m行，求取對應在成像平面上的高度，i = hm-m ；本例中，求取對應圖4中在成像平面的高度。對應m行的高度i = 237-m。(b)求取對應源圖像的行數(shù)。目標圖像m行對應源圖像的行數(shù)；本例中，nm =583_yi，其中 Yi = i*v[i]。(c)確定對應目標圖像m行的水平變形系數(shù)h[i]，設定水平方向的中心坐標xQ;本例中，確定對應目標圖像m行的水平變形系數(shù)h[i]，設定X。= 780/2 (780是目標圖像的寬度)，X。是水平方向的中心坐標；(d)在目標圖像上，對m行，計算每個像素與源圖像的對應關系，目標圖像的像素值由源圖像上對應位置相鄰的4個像素值加權計算得到。本例中，在目標圖像上，計算第m行每個像素與源圖的對應關系。第m行對應源圖的行參數(shù)um = nm,該行的第j個像素求對應源圖像的像素列參數(shù),χ」=X0+(j-X0)*h[i]。行參數(shù)Un^P列參數(shù)Xj均為浮點數(shù)，它確定了目標圖像上第m行、第j列的像素對應源圖像的行、列位置。目標圖像的像素值由源圖上對應位置相鄰的4個像素值加權計算得到。圖8是圖6所示圖像經透視變形后獲得的圖像。其中攝像環(huán)境參數(shù)，設定Pl、P2點，P1 點坐標(X = 390, y = 387)，p2 點坐標(χ = 390, y = 582);設定 S1 = 30 度，S2 = 40度。上述的實施例完成了由所述圖像到一個特定攝像環(huán)境參數(shù)對應的圖像透視變形。當我們將攝像環(huán)境參數(shù)作為對所述圖像透視變形的控制參數(shù)。按照某種需求，連續(xù)改變攝像環(huán)境參數(shù)中的一個或多個參數(shù)值，按上述實施例的做法，即可獲得連續(xù)的圖像透視變形效果。圖9是圖6所示圖像經透視變形后獲得的圖像，其中攝像環(huán)境參數(shù)，設定P1、P2點，Pi 點坐標(χ = 390, y = 330), p2 點坐標(χ = 390, y = 582);設定 S1 = 38.1 度，S2 =52.15 度。對比圖8和圖9可知，在兩組攝像環(huán)境參數(shù)之間，各參數(shù)值連續(xù)變化即可獲得連續(xù)的透視變形效果。
根據(jù)上述實施例可以看出，在已有垂直角度攝取的平面目標圖像時，只需提供少量攝像相關的技術參數(shù)，通過本發(fā)明所述的方法及系統(tǒng)能夠轉換為所需觀察角度下，具有透視變形效果的圖像。也可實現(xiàn)不同觀察角度下，連續(xù)具有透視變形效果的圖像。本發(fā)明所述的方法和系統(tǒng)并不限于具體實施方式
中所述的實施例，本領域技術人員根據(jù)本發(fā)明的技術方案得出其他的實施方式，同樣屬于本發(fā)明的技術創(chuàng)新范圍。
權利要求
1.一種平面目標圖像透視變形的方法，包括以下步驟: (1)提供與目標平面成垂直角度攝取的源圖像，設定所述源圖像透視變形對應的攝像環(huán)境參數(shù)； (2)根據(jù)攝像環(huán)境參數(shù)確定垂直變形方向，選擇與垂直變形方向相垂直的方向作為水平變形方向； (3)根據(jù)步驟I得到的攝像環(huán)境參數(shù)以及步驟2選擇的垂直變形方向、水平變形方向，根據(jù)投影射線在垂直變形方向的不同位置i，計算相對應的垂直變形系數(shù)v[i]和水平變形系數(shù)h[i]； (4)利用步驟3獲得的垂直變形系數(shù)v[i]和水平變形系數(shù)h[i]，對步驟I提供的源圖像進行透視變形計算，獲得在步驟I所設定的攝像環(huán)境下對所述源圖像的透視變形圖像。
2.如權利要求1所述的一種平面 目標圖像透視變形的方法，其特征是，步驟I中，所述攝像環(huán)境參數(shù)設定方法如下:在所述源圖像上任選一點P1與透視中心Ptl和成像平面中一點Pltl共直線，設定攝像裝置透視中心到P1點的直線與所述源圖像所在平面的夾角S1，選定透視中心到P1點的直線在所述源圖像所在平面投影線上的一點P2，設定攝像裝置透視中心到所述源圖像所在平面P2A直線與所述源圖像所在平面的夾角S2，確定透視中心到p2點的直線與成像平面的交點P2tl點，所述成像平面中一點Pltl點是透視中心Po點對成像平面的正交占.步驟2中，選擇由所述源圖像上P1到P2點所確定的直線作為垂直變形方向； 所述的攝像裝置透視中心、目標平面一點P1和S1以及p2和S2是根據(jù)攝像裝置所在攝像環(huán)境來確定。
3.如權利要求2所述的一種平面目標圖像透視變形的方法，其特征是:步驟3中，設成像平面垂直方向長度坐標最小值O,最大值Xmax,令i = O到i = xmax, i增量為I,循環(huán)求取投射線經過成像平面垂直方向長度為i，相交與所述源圖像所在平面的71點，計算位置i處的垂直方向透視變形系數(shù)V [i] =yi/i。
4.如權利要求3所述的一種平面目標圖像透視變形的方法，其特征是:步驟3中，再求取Ji到成像平面M2的垂線長度Zi ;透視中心到M2的距離記作1，計算位置i處的水平方向透視變形系數(shù)h[i] = (jo+z^/joo
5.如權利要求1到4中任一項所述的一種平面目標圖像透視變形的方法，其特征是:步驟4中，透視變形過程由兩個方向的透視變形信息綜合計算獲得每個像素的透視變形系數(shù)，垂直方向的不同位置具有不同的垂直方向透視變形系數(shù)，確定所述源圖像和成像平面在垂直方向上相互映射關系；垂直方向的不同位置上也具有不同的水平方向透視變形系數(shù)，確定所述源圖像和成像平面在水平方向上相互映射關系；由此構成所述源圖像和成像平面的相互映射關系。
6.如權利要求5所述的一種平面目標圖像透視變形的方法，其特征是，所述的透視變形過程包括如下步驟: 1)確定透視變形圖像的寬度和高度； 2)由透視變形圖像計算每個像素對應所述源圖像像素的x、y坐標，按插值方法完成映射計算。
7.如權利要求6所述的一種平面目標圖像透視變形的方法，其特征是，步驟2)中，所述的插值方法包括如下步驟: (a)對變形后目標圖像的第m行，求取對應在成像平面上的高度； (b)求取變形后目標圖像m行對應源圖像的行數(shù)nm； (c)確定對應目標圖像m行的水平變形系數(shù)h[i]，設定水平方向的中心坐標X。； (d)在目標圖像上，對m行，計算每個像素與源圖像的對應關系，目標圖像的像素值由源圖像上對應位置相鄰的4個像素值加權計算得到。
8.如權利要求7所述的一種平面目標圖像透視變形的方法，其特征是，步驟(d)中，目標圖像上第m行對應源 圖的行參數(shù)Um = nm，該行的第.j個像素求對應源圖像的像素列參數(shù)，Xj = Χ(ι+ _Χο)^[ ]，行參數(shù)Um和列參數(shù)Xj均為浮點數(shù)，它確定了目標圖像上第m行、第j列的像素對應源圖像的行、列位置。
9.如權利要求1到4任一所述的一種平面目標圖像透視變形的方法，其特征是:將攝像環(huán)境參數(shù)作為對所述源圖像透視變形的控制參數(shù)，連續(xù)改變攝像環(huán)境參數(shù)中的一個或多個參數(shù)值，獲得連續(xù)的圖像透視變形效果。
10.一種平面目標圖像透視變形的系統(tǒng)，包括以下裝置: 圖像及攝像環(huán)境參數(shù)提取裝置21:用于提供在與目標平面成垂直角度攝取的源圖像，設定所述源圖像透視變形對應的攝像環(huán)境參數(shù)； 垂直及水平變形方向確定裝置22:用于根據(jù)攝像環(huán)境參數(shù)確定垂直變形方向，選擇與垂直變形方向相垂直的方向作為水平變形方向； 變形系數(shù)計算裝置23:用于根據(jù)設定的攝像環(huán)境參數(shù)以及選擇的垂直變形方向、水平變形方向，根據(jù)投影射線，在垂直變形方向的不同位置i，計算相對應的垂直變形系數(shù)v[i]和水平變形系數(shù)h[i]； 透視變形裝置24:用于利用垂直變形系數(shù)v[i]和水平變形系數(shù)h[i]，對提供的源圖像進行透視變形計算，獲得在所設定的攝像環(huán)境下對所述源圖像的透視變形圖像。
11.如權利要求10所述的一種平面目標圖像透視變形的系統(tǒng)，其特征在于，所述的變形系數(shù)計算裝置包括: 1)用于計算垂直變形系數(shù)v[i]的計算裝置 設成像平面垂直方向長度坐標最小值O,最大值Xmax,令i = O到i = xmax, i增量為I,循環(huán)求取投射線經過成像平面垂直方向長度為i，相交與目標平面的Yi點，垂直位置i處的垂直方向透視變形系數(shù)V [i] = Yi/i ； 2)用于計算水平變形系數(shù)h[i]的計算裝置 求取到M2的垂線長度Zi ;透視中心到M2的距離記作Jtl，位置i處的水平方向透視變形系數(shù) h[i] = (jd+zj/j。。
12.如權利要求10或11所述的一種平面目標圖像透視變形的系統(tǒng)，其特征在于，所述的變形裝置對源圖像進行變形的方法包括如下步驟: 1)確定目標圖像的寬度和高度； 2)由目標圖像計算每個像素對應源圖像像素的x、y坐標，按插值方法完成映射計算； 所述的源圖像為待變形的圖像，所述的目標圖像為變形后的圖像。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種平面目標圖像透視變形的方法及系統(tǒng)，屬于圖像處理技術領域?，F(xiàn)有技術是依據(jù)透視變形的傳統(tǒng)思想來實現(xiàn)的，存在處理過程復雜、計算量大、處理速度較慢、對圖像的要求較高的缺點。對于有些不能提供規(guī)則邊緣信息的圖像還無法實現(xiàn)透視變形。本發(fā)明所述的方法及系統(tǒng)首先獲取透視變形前的源圖像，并設定透視變形對應的攝像環(huán)境參數(shù)，然后確定垂直變形方向及水平變形方向，并計算垂直變形系數(shù)v[i]和水平變形系數(shù)h[i]，最后對源圖像進行變形計算，獲得在此攝像環(huán)境下的透視變形圖像。采用本發(fā)明所述的方法及系統(tǒng)，可以簡化透視變形的計算過程，降低透視變形過程的計算量，提高透視變形速度。
文檔編號G06T3/00GK103177418SQ201110436169
公開日2013年6月26日 申請日期2011年12月22日 優(yōu)先權日2011年12月22日
發(fā)明者曾培祥 申請人:北大方正集團有限公司, 方正國際軟件(北京)有限公司