本發(fā)明屬于視頻監(jiān)控領(lǐng)域，尤其涉及一種基于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的魚眼圖像校正方法及裝置。

背景技術(shù)：

在很多應(yīng)用場(chǎng)景中，用戶希望在一個(gè)視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)的監(jiān)控畫面中能夠監(jiān)控到更大的范圍，因此超大廣角的鏡頭得到了越來(lái)越多的應(yīng)用，其中，魚眼鏡頭擁有能夠獲得超過(guò)180度視場(chǎng)角的圖像，實(shí)現(xiàn)無(wú)死角監(jiān)控，在視頻監(jiān)控中得到廣泛應(yīng)用。魚眼攝像機(jī)雖然能獲取超大視場(chǎng)角的圖像，但是魚眼攝像機(jī)拍攝的圖像有著嚴(yán)重的畸變，不符合人眼的觀察習(xí)慣，因此需要對(duì)魚眼攝像機(jī)拍攝的圖像進(jìn)行畸變校正，以便人們對(duì)魚眼攝像機(jī)的監(jiān)控區(qū)域進(jìn)行觀察。基于透視原理的畸變校正技術(shù)可以將魚眼攝像機(jī)拍攝的圖像校正為無(wú)畸變的圖像，目前基于透視原理的畸變校正一般根據(jù)球面投影模型，通過(guò)多項(xiàng)式求解對(duì)魚眼攝像機(jī)拍攝的圖像進(jìn)行校正，這種方法計(jì)算復(fù)雜，計(jì)算量大，在實(shí)時(shí)應(yīng)用中有較大的困難。

例如，專利CN201510195083公開了一種基于球面透視投影的魚眼圖像校正方法，該方法首先將魚眼圖像映射成球面圖像,據(jù)此建立魚眼圖像與校正圖像的關(guān)系，然后對(duì)空白的校正圖像內(nèi)的像素點(diǎn)采用向后映射，以確定空白校正圖像中的像素點(diǎn)在魚眼圖像中對(duì)應(yīng)的亞像素坐標(biāo)，對(duì)確定的亞像素坐標(biāo)進(jìn)行線性插值，以得到亞像素值，再將亞像素值填充到空白校正圖像內(nèi)，遍歷空白校正圖像內(nèi)的每個(gè)像素點(diǎn)，直至空白校正圖像內(nèi)每個(gè)像素點(diǎn)均賦予對(duì)應(yīng)的亞像素值，得到魚眼圖像的校正圖像。

上述方法雖然能對(duì)魚眼圖像進(jìn)行校正，但是該方法首先要將魚眼圖像映射成球面圖像,而將魚眼圖像映射成球面圖像計(jì)算量非常大,并且通過(guò)該方法對(duì)魚眼圖像進(jìn)行校正時(shí)，并不需要用到全部的魚眼圖像的像素,因此該方法的效率較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的魚眼圖像校正方法及裝置，通過(guò)改進(jìn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的球面映射方法，能以魚眼圖像中的任意一個(gè)點(diǎn)為中心對(duì)魚眼圖像進(jìn)行快速、精準(zhǔn)的校正。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明技術(shù)方案如下：

一種基于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的魚眼圖像校正方法，用于對(duì)魚眼攝像機(jī)拍攝的魚眼圖像進(jìn)行校正，所述基于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的魚眼圖像校正方法，包括：

從魚眼圖像中任意選取一個(gè)像素點(diǎn)P′作為對(duì)魚眼圖像進(jìn)行校正的中心點(diǎn)，根據(jù)P′點(diǎn)在魚眼圖像中的坐標(biāo)、魚眼圖像的中心點(diǎn)的坐標(biāo)以及魚眼圖像的半徑，通過(guò)魚眼攝像機(jī)的成像模型計(jì)算出P′對(duì)應(yīng)在成像模型中魚眼半球上的入射點(diǎn)P的球面坐標(biāo)；

將平行于以P點(diǎn)為切點(diǎn)與所述魚眼半球相切的切面的任意平面作為校正圖像所在的平面，以該平面與所述魚眼半球中心點(diǎn)O到P點(diǎn)的射線OP的交點(diǎn)Q為校正圖像的中心點(diǎn)建立校正圖像的虛擬成像面；

根據(jù)校正圖像中繪制點(diǎn)的坐標(biāo)、魚眼圖像中心點(diǎn)的坐標(biāo)、魚眼圖像的半徑、以及Q點(diǎn)到O點(diǎn)的距離，逐個(gè)計(jì)算出各繪制點(diǎn)在魚眼圖像中對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)的坐標(biāo)；

將計(jì)算出的繪制點(diǎn)在魚眼圖像中對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)的像素值作為該繪制點(diǎn)在校正圖像中的像素值在校正圖像中進(jìn)行繪制，得到魚眼圖像的校正圖像。

進(jìn)一步地，所述根據(jù)P′點(diǎn)在魚眼圖像中的坐標(biāo)、魚眼圖像的中心點(diǎn)的坐標(biāo)以及魚眼圖像的半徑，通過(guò)魚眼攝像機(jī)的成像模型計(jì)算出P′對(duì)應(yīng)在成像模型中魚眼半球上的入射點(diǎn)P的球面坐標(biāo)，包括：

以所述魚眼半球中心點(diǎn)O為坐標(biāo)原點(diǎn)，以魚眼半球的圓形底面為XOY所在的平面，建立的三維坐標(biāo)系XYZ，計(jì)算P′對(duì)應(yīng)在等距投影模型中魚眼半球上的入射點(diǎn)P的球面坐標(biāo)P的公式如下：

f＝r*2/π

θ＝π-arctan{(d-m),(e-n)}

其中，f為魚眼攝像機(jī)的等效焦距，為OP與Z軸的夾角，P₀為P點(diǎn)在XOY平面上的投影，θ為OP₀與X軸的夾角，r為魚眼圖像的半徑，m為P′點(diǎn)在魚眼圖像中的橫坐標(biāo)，n為P′點(diǎn)在魚眼圖像中的縱坐標(biāo)，d為魚眼圖像中心點(diǎn)O"在魚眼圖像中的橫坐標(biāo)，e為魚眼圖像中心點(diǎn)O"在魚眼圖像中的縱坐標(biāo)。

進(jìn)一步地，所述根據(jù)校正圖像中繪制點(diǎn)的坐標(biāo)、魚眼圖像中心點(diǎn)的坐標(biāo)、魚眼圖像的半徑、以及Q點(diǎn)到O點(diǎn)的距離，計(jì)算出繪制點(diǎn)在魚眼圖像中對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)的坐標(biāo)，包括：

將XYZ坐標(biāo)系繞Z軸旋轉(zhuǎn)θ，使X軸旋轉(zhuǎn)到與OP₀重合的位置，然后再繞Y軸旋轉(zhuǎn)使P點(diǎn)落在Z′軸上，得到坐標(biāo)系X′Y′Z′；

根據(jù)校正圖像中繪制點(diǎn)M的坐標(biāo)(x,y)、Q點(diǎn)到O點(diǎn)的距離h，通過(guò)如下公式計(jì)算出校正圖像中的繪制點(diǎn)M與魚眼光學(xué)中心O的連線與魚眼半球的交點(diǎn)M′的球面坐標(biāo)(f,θ′)中的θ′:

其中，為OM′與Z軸的夾角，θ′為M′在XOY上的投影與X軸的夾角，OM的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，R為從坐標(biāo)系XYZ到坐標(biāo)系X′Y′Z′的旋轉(zhuǎn)矩陣，

根據(jù)M′的球面坐標(biāo)(f,θ′)中的θ′以及等距投影模型，通過(guò)如下公式計(jì)算出繪制點(diǎn)M在魚眼圖像上對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)M"的坐標(biāo)：

其中，i為M"在魚眼圖像中的橫坐標(biāo)，j為M"在魚眼圖像中的縱坐標(biāo)，m為魚眼圖像中心點(diǎn)O"在魚眼圖像中的橫坐標(biāo)，n為魚眼圖像中心點(diǎn)O"在魚眼圖像中的縱坐標(biāo)，r為魚眼圖像的半徑。

進(jìn)一步地，所述基于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的魚眼圖像校正方法，還包括：

在對(duì)魚眼圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)校正時(shí)，如果需要擴(kuò)大校正圖像在魚眼圖像中對(duì)應(yīng)的校正區(qū)域，則縮短校正圖像的中心點(diǎn)Q到O點(diǎn)的距離h，如果需要縮小校正圖像的在魚眼圖像中對(duì)應(yīng)的校正區(qū)域，則增大校正圖像的中心點(diǎn)Q到O點(diǎn)的距離h。

本發(fā)明還提出了一種基于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的魚眼圖像校正裝置，用于對(duì)魚眼攝像機(jī)拍攝的魚眼圖像進(jìn)行校正，其特征在于，所述基于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的魚眼圖像校正裝置，包括：

球面坐標(biāo)計(jì)算模塊，用于從魚眼圖像中任意選取一個(gè)像素點(diǎn)P′作為對(duì)魚眼圖像進(jìn)行校正的中心點(diǎn)，根據(jù)P′點(diǎn)在魚眼圖像中的坐標(biāo)、魚眼圖像的中心點(diǎn)的坐標(biāo)以及魚眼圖像的半徑，通過(guò)魚眼攝像機(jī)的成像模型計(jì)算出P′對(duì)應(yīng)在成像模型中魚眼半球上的入射點(diǎn)P的球面坐標(biāo)；

虛擬成像面建立模塊，用于將平行于以P點(diǎn)為切點(diǎn)與所述魚眼半球相切的切面的任意平面作為校正圖像所在的平面，以該平面與所述魚眼半球中心點(diǎn)O到P點(diǎn)的射線OP的交點(diǎn)Q為校正圖像的中心點(diǎn)建立校正圖像的虛擬成像面；

像素點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算模塊，用于根據(jù)校正圖像中繪制點(diǎn)的坐標(biāo)、魚眼圖像中心點(diǎn)的坐標(biāo)、魚眼圖像的半徑、以及Q點(diǎn)到O點(diǎn)的距離，逐個(gè)計(jì)算出各繪制點(diǎn)在魚眼圖像中對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)的坐標(biāo)；

校正圖像繪制模塊，用于將計(jì)算出的繪制點(diǎn)在魚眼圖像中對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)的像素值作為該繪制點(diǎn)在校正圖像中的像素值在校正圖像中進(jìn)行繪制，得到魚眼圖像的校正圖像。

進(jìn)一步地，所述基于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的魚眼圖像校正裝置，還包括：

校正區(qū)域調(diào)整模塊，用于在對(duì)魚眼圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)校正時(shí)，如果需要擴(kuò)大校正圖像在魚眼圖像中對(duì)應(yīng)的校正區(qū)域，則縮短校正圖像的中心點(diǎn)Q到O點(diǎn)的距離h，如果需要縮小校正圖像的在魚眼圖像中對(duì)應(yīng)的校正區(qū)域，則增大校正圖像的中心點(diǎn)Q到O點(diǎn)的距離h。

本發(fā)明還提出了一種基于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的魚眼圖像校正裝置，用于對(duì)魚眼攝像機(jī)拍攝的魚眼圖像進(jìn)行校正，所述基于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的魚眼圖像校正裝置，包括：

球面坐標(biāo)計(jì)算模塊，用于從魚眼圖像中任意選取一個(gè)像素點(diǎn)P′作為對(duì)魚眼圖像進(jìn)行校正的中心點(diǎn)，根據(jù)P′點(diǎn)在魚眼圖像中的坐標(biāo)、魚眼圖像的中心點(diǎn)的坐標(biāo)以及魚眼圖像的半徑，通過(guò)魚眼攝像機(jī)的成像模型計(jì)算出P′對(duì)應(yīng)在成像模型中魚眼半球上的入射點(diǎn)P的球面坐標(biāo)；

虛擬成像面建立模塊，用于將平行于以P點(diǎn)為切點(diǎn)與所述魚眼半球相切的切面的任意平面作為校正圖像所在的平面，以該平面與所述魚眼半球中心點(diǎn)O到P點(diǎn)的射線OP的交點(diǎn)Q為校正圖像的中心點(diǎn)建立校正圖像的虛擬成像面；

像素點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算模塊，用于根據(jù)校正圖像中繪制點(diǎn)的坐標(biāo)、魚眼圖像中心點(diǎn)的坐標(biāo)、魚眼圖像的半徑、以及Q點(diǎn)到O點(diǎn)的距離，逐個(gè)計(jì)算出各繪制點(diǎn)在魚眼圖像中對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)的坐標(biāo)；

校正圖像繪制模塊，用于將計(jì)算出的繪制點(diǎn)在魚眼圖像中對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)的像素值作為該繪制點(diǎn)在校正圖像中的像素值在校正圖像中進(jìn)行繪制，得到魚眼圖像的校正圖像。

進(jìn)一步地，所述球面坐標(biāo)計(jì)算模塊根據(jù)P′點(diǎn)在魚眼圖像中的坐標(biāo)、魚眼圖像的中心點(diǎn)的坐標(biāo)以及魚眼圖像的半徑，通過(guò)魚眼攝像機(jī)的成像模型計(jì)算出P′對(duì)應(yīng)在成像模型中魚眼半球上的入射點(diǎn)P的球面坐標(biāo)，包括：

以所述魚眼半球中心點(diǎn)O為坐標(biāo)原點(diǎn)，以魚眼半球的圓形底面為XOY所在的平面，建立的三維坐標(biāo)系XYZ，計(jì)算P′對(duì)應(yīng)在等距投影模型中魚眼半球上的入射點(diǎn)P的球面坐標(biāo)P的公式如下：

f＝r*2/π

θ＝π-arctan{(d-m),(e-n)}

其中，f為魚眼攝像機(jī)的等效焦距，為OP與Z軸的夾角，P₀為P點(diǎn)在在XOY平面上的投影，θ為OP₀與X軸的夾角，r為魚眼圖像的半徑，m為P′點(diǎn)在魚眼圖像中的橫坐標(biāo)，n為P′點(diǎn)在魚眼圖像中的縱坐標(biāo)，d為魚眼圖像中心點(diǎn)O"在魚眼圖像中的橫坐標(biāo)，e為魚眼圖像中心點(diǎn)O"在魚眼圖像中的縱坐標(biāo)。

進(jìn)一步地，所述像素點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算模塊根據(jù)校正圖像中繪制點(diǎn)的坐標(biāo)、魚眼圖像中心點(diǎn)的坐標(biāo)、魚眼圖像的半徑、以及Q點(diǎn)到O點(diǎn)的距離，計(jì)算出繪制點(diǎn)在魚眼圖像中對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)的坐標(biāo)，執(zhí)行如下操作：

將XYZ坐標(biāo)系繞Z軸旋轉(zhuǎn)θ，使X軸旋轉(zhuǎn)到與OP₀重合的位置，然后再繞Y軸旋轉(zhuǎn)使P點(diǎn)落在Z′軸上，得到坐標(biāo)系X′Y′Z′；

根據(jù)校正圖像中繪制點(diǎn)M的坐標(biāo)(x,y)、Q點(diǎn)到O點(diǎn)的距離h，通過(guò)如下公式計(jì)算出校正圖像中的繪制點(diǎn)M與魚眼光學(xué)中心O的連線與魚眼半球的交點(diǎn)M′的球面坐標(biāo)(f,θ′)中的θ′:

其中，為OM′與Z軸的夾角，θ′為M′在XOY上的投影與X軸的夾角，OM的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，R為從坐標(biāo)系XYZ到坐標(biāo)系X′Y′Z′的旋轉(zhuǎn)矩陣，

根據(jù)M′的球面坐標(biāo)(f,θ′)中的θ′以及等距投影模型，通過(guò)如下公式計(jì)算出繪制點(diǎn)M在魚眼圖像上對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)M"的坐標(biāo)：

其中，i為M"在魚眼圖像中的橫坐標(biāo)，j為M"在魚眼圖像中的縱坐標(biāo)，m為魚眼圖像中心點(diǎn)O"在魚眼圖像中的橫坐標(biāo)，n為魚眼圖像中心點(diǎn)O"在魚眼圖像中的縱坐標(biāo)，r為魚眼圖像的半徑。

進(jìn)一步地，所述基于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的魚眼圖像校正裝置，還包括：

校正區(qū)域調(diào)整模塊，用于在對(duì)魚眼圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)校正時(shí)，如果需要擴(kuò)大校正圖像在魚眼圖像中對(duì)應(yīng)的校正區(qū)域，則縮短校正圖像的中心點(diǎn)Q到O點(diǎn)的距離h，如果需要縮小校正圖像的在魚眼圖像中對(duì)應(yīng)的校正區(qū)域，則增大校正圖像的中心點(diǎn)Q到O點(diǎn)的距離h。

本發(fā)明提出了一種基于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的魚眼圖像校正方法及裝置，通過(guò)等距投影模型和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換對(duì)魚眼圖像進(jìn)行快速、精準(zhǔn)的校正，本發(fā)明只需獲取魚眼圖像的圖像半徑和中心點(diǎn)的位置，而無(wú)需獲取魚眼攝像機(jī)的焦距等參數(shù)，也無(wú)需對(duì)魚眼圖像的畸變參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定就可以對(duì)魚眼圖像內(nèi)的任意區(qū)域進(jìn)行校正，得到滿足透視原理的校正效果，并且與相似的現(xiàn)有技術(shù)比較，具有清晰易懂，計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單，計(jì)算量小，并行性高的優(yōu)點(diǎn)。該校正方法可以對(duì)高清魚眼攝相機(jī)進(jìn)行多方位實(shí)時(shí)校正，便于觀察魚眼圖像中各個(gè)不同區(qū)域的細(xì)節(jié)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明基于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的魚眼圖像校正方法的流程圖；

圖2為本實(shí)施例魚眼攝像機(jī)等距投影模型的示意圖；

圖3為本實(shí)施例基于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的球面投射校正方法的示意圖；

圖4為本實(shí)施例控制校正圖像在魚眼圖像中對(duì)應(yīng)的校正區(qū)域大小的示意圖；

圖5為本發(fā)明基于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的魚眼圖像校正裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，以下實(shí)施例不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定。

本實(shí)施例一種基于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的魚眼圖像校正方法，如圖1所示，包括：

步驟S1、從魚眼圖像中任意選取一個(gè)像素點(diǎn)P′作為對(duì)魚眼圖像進(jìn)行校正的中心點(diǎn)，根據(jù)P′點(diǎn)在魚眼圖像中的坐標(biāo)、魚眼圖像的中心點(diǎn)的坐標(biāo)以及魚眼圖像的半徑，通過(guò)魚眼攝像機(jī)的成像模型計(jì)算出P′對(duì)應(yīng)在成像模型中魚眼半球上的入射點(diǎn)P的球面坐標(biāo)。

魚眼攝像機(jī)的成像模型有等距投影、等立體角投影、體視投影和正交投影等，其中最常用的是等距投影。本實(shí)施例魚眼攝像機(jī)等距投影模型的示意圖，如圖2所示，其中，O點(diǎn)為魚眼攝像機(jī)的光學(xué)中心,XYZ為以O(shè)點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，以魚眼半球的圓形底面為XOY所在的平面建立的三維坐標(biāo)系，T為Z軸與魚眼半球的交點(diǎn)，OT＝f，f為魚眼攝像機(jī)的等效焦距，UVO”為魚眼攝像機(jī)的成像面，O"為魚眼攝像機(jī)所成圓形圖像(即魚眼圖像)的中心點(diǎn)，O"U與XYZ坐標(biāo)系中的X軸以及魚眼圖像的橫坐標(biāo)軸i平行，O"V與XYZ坐標(biāo)系中的Y軸以及魚眼圖像的縱坐標(biāo)軸j平行。

假設(shè)空間中任意一點(diǎn)在魚眼攝像機(jī)中成像時(shí)，該點(diǎn)與魚眼攝像機(jī)光學(xué)中心O的連線交魚眼半球于P點(diǎn)，P′點(diǎn)為P點(diǎn)在魚眼攝像機(jī)中的成像點(diǎn)，則根據(jù)等距投影的原理得到：

∠XOP₀＝π-∠UO”P'＝θ

其中，P₀為P點(diǎn)在在XOY平面上的投影，為OP與Z軸的夾角，θ為OP₀與X軸的夾角,為弧長(zhǎng)。

從魚眼圖像中任意選取一個(gè)像素點(diǎn)P′作為對(duì)魚眼圖像進(jìn)行校正的中心點(diǎn)，根據(jù)等距投影模型及光路可逆的原理可以得到P′在魚眼半球上的入射點(diǎn)P，然后通過(guò)等距投影的逆向過(guò)程計(jì)算出點(diǎn)P′在魚眼半球的入射點(diǎn)P的球面坐標(biāo)P

θ＝π-∠UO”P'

P′在魚眼圖像中的坐標(biāo)為(m,n)，魚眼圖像的中心點(diǎn)O"在魚眼圖像中的坐標(biāo)為(d,e)，魚眼圖像的半徑為r(即r個(gè)像素點(diǎn)間的距離)，則得到P′在坐標(biāo)系UVO”中的坐標(biāo)為：

u＝m-d

v＝n-e

其中u為P′在坐標(biāo)系UVO”中的橫坐標(biāo)，v為P′在坐標(biāo)系UVO”中的縱坐標(biāo)。

根據(jù)勾股定理及三角函數(shù)得到：

∠UO”P'＝arctan(u,v)

根據(jù)等距投影模型得到，當(dāng)P′位于魚眼圖像的邊緣位置，即P′到O"的距離等于魚眼圖像的半徑r時(shí)，P位于魚眼半球圓形底面的邊緣位置，即等于π/2，則根據(jù)公式得到：

f＝r*2/π

因此得到P的球面坐標(biāo)P為：

f＝r*2/π

θ＝π-arctan{(m-d),(n-e)}

通過(guò)上述方法，本實(shí)施例根據(jù)魚眼圖像中任意一點(diǎn)P′的坐標(biāo)(m,n)、魚眼圖像中心點(diǎn)O"的坐標(biāo)(d,e)、以及魚眼圖像的半徑r，通過(guò)魚眼攝像機(jī)的等距投影模型計(jì)算出P′在魚眼半球上的入射點(diǎn)P的球面坐標(biāo)P

步驟S2、將平行于以P點(diǎn)為切點(diǎn)與所述魚眼半球相切的切面的任意平面作為校正圖像所在的平面，以該平面與所述魚眼半球中心點(diǎn)O到P點(diǎn)的射線OP的交點(diǎn)Q為校正圖像的中心點(diǎn)建立校正圖像的虛擬成像面。

本實(shí)施例計(jì)算出魚眼圖像中P′在魚眼半球上的入射點(diǎn)P后，以P為切點(diǎn)，作一個(gè)與魚眼半球相切的切面，將與該切面平行的任意平面作為魚眼圖像的校正圖像所在的平面，校正圖像所在的平面與射線OP的交點(diǎn)為Q點(diǎn)，然后以Q點(diǎn)為校正圖像的中心點(diǎn)建立校正圖像的虛擬成像面。

本實(shí)施例以校正圖像所在的平面為魚眼半球的切面為例進(jìn)行說(shuō)明，此時(shí)Q點(diǎn)即為P點(diǎn)，Q點(diǎn)到O點(diǎn)的距離h等于f。

步驟S3、根據(jù)校正圖像中繪制點(diǎn)的坐標(biāo)、魚眼圖像中心點(diǎn)的坐標(biāo)、魚眼圖像的半徑、以及Q點(diǎn)到O點(diǎn)的距離，逐個(gè)計(jì)算出各繪制點(diǎn)在魚眼圖像中對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)的坐標(biāo)。

本實(shí)施例以Q點(diǎn)為校正圖像的中心點(diǎn)建立校正圖像的虛擬成像面后，如圖3所示，將魚眼攝像機(jī)等距投影模型中的XYZ坐標(biāo)系繞Z軸旋轉(zhuǎn)θ，使X軸旋轉(zhuǎn)到與OP₀重合的位置，然后再繞Y軸旋轉(zhuǎn)使Q點(diǎn)落在Z′軸上，得到坐標(biāo)系X′Y′Z′，Q點(diǎn)在坐標(biāo)系X′Y′Z′中的三維坐標(biāo)為(0,0,h)。

校正圖像中的繪制點(diǎn)M與魚眼光學(xué)中心O的連線與魚眼半球相交于M′點(diǎn)，則根據(jù)透視投影的原理，M′為該繪制點(diǎn)M在魚眼攝像機(jī)中成像時(shí)的入射點(diǎn)，然后根據(jù)魚眼攝像機(jī)等距投影模型可以得到M′在魚眼圖像中對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)M"，M"即為繪制點(diǎn)M在魚眼圖像中對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)。

首先，本實(shí)施例根據(jù)繪制點(diǎn)M在坐標(biāo)系X′Y′Z′中的坐標(biāo)計(jì)算出M′在XYZ坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。具體地，設(shè)繪制點(diǎn)M在校正圖像中的坐標(biāo)為(x,y),則繪制點(diǎn)M在坐標(biāo)系X′Y′Z′中的坐標(biāo)為(x,y,h)，根據(jù)三角函數(shù)得到M′在坐標(biāo)系XYZ中的坐標(biāo)為：然后根據(jù)坐標(biāo)系X′Y′Z′與坐標(biāo)系XYZ的旋轉(zhuǎn)關(guān)系得到：

其中，為OM'與Z軸的夾角，θ'為M′在XOY上的投影與X軸的夾角，OM的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，R為坐標(biāo)系XYZ到坐標(biāo)系X′Y′Z′的旋轉(zhuǎn)矩陣，

則通過(guò)轉(zhuǎn)換得到：

本實(shí)施例根據(jù)上述公式可以計(jì)算出M'的球面坐標(biāo)中和θ′的值，因此得到M′的球面坐標(biāo)(f,θ′)，f為魚眼攝像機(jī)的等效焦距。

然后根據(jù)等距投影模型得到M'在魚眼圖像中對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)M"在坐標(biāo)系UVO”中的坐標(biāo)為：

其中，s為M"在坐標(biāo)系UVO”中的橫坐標(biāo)，t為M"在坐標(biāo)系UVO”中的縱坐標(biāo)。

則得到M"在魚眼圖像中的坐標(biāo)為：

其中，i為M"在魚眼圖像中的橫坐標(biāo)，j為M"在魚眼圖像中的縱坐標(biāo)，m為魚眼圖像中心點(diǎn)O"在魚眼圖像中的橫坐標(biāo)，n為魚眼圖像中心點(diǎn)O"在魚眼圖像中的縱坐標(biāo)。

通過(guò)上述方法，本實(shí)施例根據(jù)校正圖像中繪制點(diǎn)的坐標(biāo)、魚眼圖像的半徑，逐個(gè)計(jì)算出各繪制點(diǎn)在魚眼圖像中對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)的坐標(biāo)。

容易理解的是，本實(shí)施例對(duì)于校正圖像中繪制點(diǎn)的坐標(biāo)，逐個(gè)計(jì)算出各繪制點(diǎn)在魚眼圖像中對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)的坐標(biāo)，采用了幾何學(xué)方法中一種計(jì)算公式。本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以采用魚眼攝像機(jī)的其他成像模型來(lái)進(jìn)行計(jì)算，如采用等立體角投影、體視投影和正交投影等，其計(jì)算的公式與等距投影類似，這里不再贅述。

步驟S4、將計(jì)算出的繪制點(diǎn)在魚眼圖像中對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)的像素值作為該繪制點(diǎn)在校正圖像中的像素值在校正圖像中進(jìn)行繪制，得到魚眼圖像的校正圖像。

本實(shí)施例計(jì)算出校正圖像中的繪制點(diǎn)在魚眼圖像中對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)后，得到該繪制點(diǎn)在魚眼圖像中對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)，將該繪制點(diǎn)在魚眼圖像中對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)的像素值作為該繪制點(diǎn)在校正圖像中的像素值，在校正圖像中繪制出該繪制點(diǎn)。

本實(shí)施例通過(guò)上述方法得到校正圖像中的每個(gè)繪制點(diǎn)在魚眼圖像中對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)，并將各個(gè)繪制點(diǎn)在魚眼圖像中對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)的像素值作為該繪制點(diǎn)在校正圖像中的像素值，在校正圖像中繪制出所有的繪制點(diǎn)，生成魚眼圖像對(duì)應(yīng)的校正圖像。

需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例在對(duì)魚眼圖像進(jìn)行校正時(shí)，可以通過(guò)鼠標(biāo)操作來(lái)實(shí)時(shí)選取對(duì)魚眼圖像進(jìn)行校正的中心位置。優(yōu)選地，本實(shí)施例通過(guò)鼠標(biāo)在魚眼圖像中進(jìn)行點(diǎn)擊來(lái)實(shí)時(shí)選取對(duì)魚眼圖像進(jìn)行校正的中心位置，點(diǎn)擊的方式可以為單擊或雙擊鼠標(biāo)左鍵，也可以是單擊或雙擊鼠標(biāo)右鍵，本實(shí)施例不限定鼠標(biāo)點(diǎn)擊的方式。本實(shí)施例也可以通過(guò)按住鼠標(biāo)左鍵或右鍵對(duì)校正圖像進(jìn)行拖動(dòng)來(lái)調(diào)整對(duì)魚眼圖像進(jìn)行校正的中心位置。本實(shí)施例還可以在魚眼圖像中選取多個(gè)不同的中心點(diǎn)對(duì)魚眼圖像的不同區(qū)域同時(shí)進(jìn)行校正，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)魚眼圖像的多個(gè)不同區(qū)域同時(shí)進(jìn)行觀察，使監(jiān)控畫面無(wú)死角。

本實(shí)施例在對(duì)魚眼圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)校正時(shí)，通過(guò)調(diào)整校正圖像的虛擬成像面的中心點(diǎn)Q到O點(diǎn)的距離h，可以控制校正圖像在魚眼圖像中對(duì)應(yīng)的校正區(qū)域的大小，當(dāng)增大Q點(diǎn)到O點(diǎn)的距離h時(shí)，校正圖像在魚眼圖像中對(duì)應(yīng)的校正區(qū)域縮小，使校正圖像中物體所成的圖像放大，圖像細(xì)節(jié)更加清楚；當(dāng)縮短Q點(diǎn)到O點(diǎn)的距離h時(shí)，校正圖像的在魚眼圖像中對(duì)應(yīng)的校正區(qū)域擴(kuò)大，使校正圖像的監(jiān)控區(qū)域擴(kuò)大。優(yōu)選地，本實(shí)施例通過(guò)鼠標(biāo)滾輪的滾動(dòng)來(lái)調(diào)整Q點(diǎn)到O點(diǎn)的距離，鼠標(biāo)滾輪向下滾動(dòng)時(shí)Q點(diǎn)到O點(diǎn)的距離變小，鼠標(biāo)滾輪向上滾動(dòng)時(shí)Q點(diǎn)到O點(diǎn)的距離變大。本實(shí)施例控制校正圖像在魚眼圖像中對(duì)應(yīng)的校正區(qū)域大小的示意圖，如圖4所示，O點(diǎn)為魚眼攝像機(jī)的光學(xué)中心，平面0為校正圖像的虛擬成像面與魚眼半球相切時(shí)的位置，OA為平面0的法線方向，平面1和平面2與平面0平行。當(dāng)鼠標(biāo)滾輪向下滾動(dòng)時(shí)，校正圖像的虛擬成像面沿著法線方向OA，從平面0向平面1移動(dòng)，逐漸擴(kuò)大校正圖像的在魚眼圖像中對(duì)應(yīng)的校正區(qū)域；當(dāng)鼠標(biāo)滾輪向上滾動(dòng)時(shí)，校正圖像的虛擬成像面沿著法線方向OA，從平面0向平面2移動(dòng)，逐漸縮小校正圖像的在魚眼圖像中對(duì)應(yīng)的校正區(qū)域。

本實(shí)施例還提出了一種基于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的魚眼圖像校正裝置，用于對(duì)魚眼攝像機(jī)拍攝的魚眼圖像進(jìn)行校正，與上述方法對(duì)應(yīng)，如圖5所示，包括：

球面坐標(biāo)計(jì)算模塊，用于從魚眼圖像中任意選取一個(gè)像素點(diǎn)P′作為對(duì)魚眼圖像進(jìn)行校正的中心點(diǎn)，根據(jù)P′點(diǎn)在魚眼圖像中的坐標(biāo)、魚眼圖像的中心點(diǎn)的坐標(biāo)以及魚眼圖像的半徑，通過(guò)魚眼攝像機(jī)的成像模型計(jì)算出P′對(duì)應(yīng)在成像模型中魚眼半球上的入射點(diǎn)P的球面坐標(biāo)；

虛擬成像面建立模塊，用于將平行于以P點(diǎn)為切點(diǎn)與所述魚眼半球相切的切面的任意平面作為校正圖像所在的平面，以該平面與所述魚眼半球中心點(diǎn)O到P點(diǎn)的射線OP的交點(diǎn)Q為校正圖像的中心點(diǎn)建立校正圖像的虛擬成像面；

像素點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算模塊，用于根據(jù)校正圖像中繪制點(diǎn)的坐標(biāo)、魚眼圖像中心點(diǎn)的坐標(biāo)、魚眼圖像的半徑、以及Q點(diǎn)到O點(diǎn)的距離，逐個(gè)計(jì)算出各繪制點(diǎn)在魚眼圖像中對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)的坐標(biāo)；

校正圖像繪制模塊，用于將計(jì)算出的繪制點(diǎn)在魚眼圖像中對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)的像素值作為該繪制點(diǎn)在校正圖像中的像素值在校正圖像中進(jìn)行繪制，得到魚眼圖像的校正圖像。

本實(shí)施例球面坐標(biāo)計(jì)算模塊球面坐標(biāo)計(jì)算模塊根據(jù)P′點(diǎn)在魚眼圖像中的坐標(biāo)、魚眼圖像的中心點(diǎn)的坐標(biāo)以及魚眼圖像的半徑，通過(guò)魚眼攝像機(jī)的成像模型計(jì)算出P′對(duì)應(yīng)在成像模型中魚眼半球上的入射點(diǎn)P的球面坐標(biāo)，包括：

以所述魚眼半球中心點(diǎn)O為坐標(biāo)原點(diǎn)，以魚眼半球的圓形底面為XOY所在的平面，建立的三維坐標(biāo)系XYZ，計(jì)算P′對(duì)應(yīng)在等距投影模型中魚眼半球上的入射點(diǎn)P的球面坐標(biāo)的公式如下：

f＝r*2/π

θ＝π-arctan{(d-m),(e-n)}

其中，f為魚眼攝像機(jī)的等效焦距，為OP與Z軸的夾角，P₀為P點(diǎn)在在XOY平面上的投影，θ為OP₀與X軸的夾角，r為魚眼圖像的半徑，m為P′點(diǎn)在魚眼圖像中的橫坐標(biāo)，n為P′點(diǎn)在魚眼圖像中的縱坐標(biāo)，d為魚眼圖像中心點(diǎn)O"在魚眼圖像中的橫坐標(biāo)，e為魚眼圖像中心點(diǎn)O"在魚眼圖像中的縱坐標(biāo)。

本實(shí)施例像素點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算模塊根據(jù)校正圖像中繪制點(diǎn)的坐標(biāo)、魚眼圖像中心點(diǎn)的坐標(biāo)、魚眼圖像的半徑、以及Q點(diǎn)到O點(diǎn)的距離，計(jì)算出繪制點(diǎn)在魚眼圖像中對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)的坐標(biāo)，執(zhí)行如下操作：

將XYZ坐標(biāo)系繞Z軸旋轉(zhuǎn)θ，使X軸旋轉(zhuǎn)到與OP₀重合的位置，然后再繞Y軸旋轉(zhuǎn)使P點(diǎn)落在Z′軸上，得到坐標(biāo)系X′Y′Z′；

根據(jù)校正圖像中繪制點(diǎn)M的坐標(biāo)(x,y)、Q點(diǎn)到O點(diǎn)的距離h，通過(guò)如下公式計(jì)算出校正圖像中的繪制點(diǎn)M與魚眼光學(xué)中心O的連線與魚眼半球的交點(diǎn)M′的球面坐標(biāo)(f,θ′)中的θ′:

其中，為OM′與Z軸的夾角，θ′為M′在XOY上的投影與X軸的夾角，OM的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，R為從坐標(biāo)系XYZ到坐標(biāo)系X′Y′Z′的旋轉(zhuǎn)矩陣，

根據(jù)M′的球面坐標(biāo)(f,θ′)中的θ′以及等距投影模型，通過(guò)如下公式計(jì)算出繪制點(diǎn)M在魚眼圖像上對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)M"的坐標(biāo)：

其中，i為M"在魚眼圖像中的橫坐標(biāo)，j為M"在魚眼圖像中的縱坐標(biāo)，m為魚眼圖像中心點(diǎn)O"在魚眼圖像中的橫坐標(biāo)，n為魚眼圖像中心點(diǎn)O"在魚眼圖像中的縱坐標(biāo)，r為魚眼圖像的半徑。

本實(shí)施例基于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的魚眼圖像校正裝置，還包括：

校正區(qū)域調(diào)整模塊，用于在對(duì)魚眼圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)校正時(shí)，如果需要擴(kuò)大校正圖像在魚眼圖像中對(duì)應(yīng)的校正區(qū)域，則縮短校正圖像的中心點(diǎn)Q到O點(diǎn)的距離h，如果需要縮小校正圖像的在魚眼圖像中對(duì)應(yīng)的校正區(qū)域，則增大校正圖像的中心點(diǎn)Q到O點(diǎn)的距離h。

以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其進(jìn)行限制，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。