魚眼圖像畸變的校正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于大視場成像技術(shù)中圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，具體屬于一種魚眼圖像崎變的 校正方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 普通攝像機(jī)的鏡頭拍攝的視場角范圍較小，所拍攝的圖像不能盡可能有效地反應(yīng) 所拍攝場景的全部信息。著信號(hào)處理的速度發(fā)展、網(wǎng)絡(luò)傳輸廣泛應(yīng)用、計(jì)算機(jī)處理速度的提 高，魚眼鏡頭由于簡潔而高質(zhì)量獲得的超大視場圖像而獲得廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)如今魚眼鏡頭 在視覺觀察，視覺測量與定位、視覺導(dǎo)航、視覺計(jì)算等領(lǐng)域都發(fā)揮著重要的作用。
[0003] 魚眼鏡頭是一種超廣角的特殊鏡頭，其視覺效果類似于魚眼觀察水面上的景物， 魚的眼睛水晶體是圓球形，擁有更大的視角，也就是看得更加廣闊。在工程上將視場角2? > 120°的相機(jī)稱為魚眼相機(jī)，魚眼相機(jī)通過引入有益的非線性崎變，實(shí)現(xiàn)視場的成像壓 縮，達(dá)到超大視場角成像的目的。
[0004] 魚眼鏡頭由于自身的優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，但魚眼鏡頭拍攝的圖像采用高 斯成像公式會(huì)存在非線性誤差，人為的引入了大量崎變。崎變的存在不利于圖像的辨認(rèn)、分 析和判斷。如果我們想利用該些具有嚴(yán)重變形圖像的信息，那么就需要將該些具有嚴(yán)重變 形的圖像校正為符合人們視覺習(xí)慣的透視投影圖像。
[0005] 為了校正魚眼圖像的崎變，國內(nèi)外已進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究工作，大體有如下幾 種；（1)球面投影型是一種常用的方法，把魚眼鏡頭成像面看成一個(gè)球面。該種方法需要預(yù) 先知道魚眼圖像的光學(xué)中屯、和變換球面的半徑，因此，現(xiàn)有的方法只適用于具有圓形區(qū)域 的魚眼圖像；(2)拋物面成像模型把魚眼睛鏡頭成像面看成一個(gè)拋物面。在恢復(fù)場景深度 時(shí)可W得到更加精確的效果，但用該模型計(jì)算過于復(fù)雜。實(shí)際當(dāng)中很少應(yīng)用；（3)3D魚眼圖 像崎變校正，包括投影轉(zhuǎn)換和魚眼鏡頭標(biāo)定兩種方法。具體上是把魚眼圖像上每個(gè)2D像平 面點(diǎn)映射到3D場景投影構(gòu)成的2D平面點(diǎn)。根據(jù)圖像像素點(diǎn)和對(duì)應(yīng)光線3D向量間關(guān)系，來 實(shí)現(xiàn)校正。
[0006] 上述校正方法存在模型復(fù)雜、測量困難的缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 對(duì)于極坐標(biāo)崎變校正模型，針對(duì)傳統(tǒng)的構(gòu)造投影模型、從2D和3D空間進(jìn)行變換等 方法因?yàn)樗惴Ｐ蛷?fù)雜，測量困難，較難在工程上實(shí)現(xiàn)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出了一種魚眼圖像 崎變的校正方法，該方法利用崎變系數(shù)標(biāo)定方法并且運(yùn)用雙線性插值法進(jìn)行灰度插值，容 易實(shí)現(xiàn)，使待校正圖像得到了較好的恢復(fù)。
[000引本發(fā)明給出W下技術(shù)方案：
[0009] 魚眼圖像崎變的校正方法，具體包括W下步驟：
[0010] 1】獲取標(biāo)準(zhǔn)測試網(wǎng)格板的魚眼圖像和該魚眼圖像對(duì)應(yīng)的實(shí)際圖像；
[0011] 2】對(duì)步驟1】得到的魚眼圖像進(jìn)行崎變測量；
[0012] 2. 1】在魚眼圖像上任意選取4個(gè)點(diǎn)，測量該4個(gè)點(diǎn)與魚眼圖像的中屯、之間的距離，
[001引 2. 2】步驟2. 1】中的4個(gè)點(diǎn)在實(shí)際圖像中分別對(duì)應(yīng)4個(gè)點(diǎn)，測量實(shí)際圖像中的該4 個(gè)點(diǎn)與實(shí)際圖像的中屯、之間的距離，
[0014] 2. 3】按照公式（1)計(jì)算崎變系數(shù)，
[00巧]C =邱 +。而 +。2古 +。3奇 （1 )，
[0016] 設(shè)魚眼圖像上有一點(diǎn)A，實(shí)際圖像上有一點(diǎn)B，點(diǎn)B是魚眼圖像上的點(diǎn)A對(duì)應(yīng)的實(shí) 際圖像中的點(diǎn)，rl為點(diǎn)A與魚眼圖像的中屯、之間的距離，rO為點(diǎn)B與實(shí)際圖像的中屯、之間 的距離，aO、al、a2和a3分別為崎變系數(shù)；
[0017] 根據(jù)步驟2. 1】和步驟2.2】測量得到的各個(gè)距離，分別代入公式（1)，得到4個(gè)多 項(xiàng)式，通過該4個(gè)多項(xiàng)式，得到a0、al、a2和a3 ;
[001引 3】將待校正圖像的中屯、為第一笛卡兒坐標(biāo)的原點(diǎn)，待校正圖像為魚眼圖像，待校 正圖像上存在點(diǎn)P1，點(diǎn)P1在第一笛卡兒坐標(biāo)上的坐標(biāo)記為Pi (XI，yi)，將點(diǎn)P1變換到極坐 標(biāo)系下，在極坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為Pi (IV 0);
[0019] 與待校正圖像對(duì)應(yīng)的實(shí)際圖像的中屯、為第二笛卡兒坐標(biāo)的原點(diǎn)，由公式（1)求得 點(diǎn)P1在與待校正圖像對(duì)應(yīng)的實(shí)際圖像上的點(diǎn)的極坐標(biāo)（r。，0)，將極坐標(biāo)（r。，0)對(duì)應(yīng)的 點(diǎn)記為P。，根據(jù)S角函數(shù)計(jì)算公式，求得點(diǎn)P。在第二笛卡兒坐標(biāo)的坐標(biāo)，該坐標(biāo)記為P。(X。， y。)，即為待校正圖像校正后的的空間信息；
[0020] 4】將點(diǎn)P1的灰度值賦予點(diǎn)P。對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)，
[0021] 5】與待校正圖像對(duì)應(yīng)的實(shí)際圖像上的剩余的未賦予灰度值的像素點(diǎn)，用雙線性插 值法確定每個(gè)像素點(diǎn)的灰度值，得到待校正圖像校正后的圖像。
[002引述步驟3】中的點(diǎn)P1有至少4個(gè)，按照步驟3】得到與點(diǎn)P1相同數(shù)量的點(diǎn)P。在第 二笛卡兒坐標(biāo)的坐標(biāo)；
[0023] 所述步驟5】中的雙線性插值法為：設(shè)未賦予灰度值的像素點(diǎn)在第二笛卡兒坐標(biāo) 的坐標(biāo)為點(diǎn)P' (X'，y')，點(diǎn)P'的4個(gè)最近的點(diǎn)P。，分別記為C、D、G和H，C、D、G和H的 坐標(biāo)分別為（i，j)，（i+1，j)，（i，j+1)，（i+1，j+l)，C、D、G 和 H 的灰度值分別為 g(C)、g值）、 g佑）和g化)，設(shè)存在點(diǎn)E和點(diǎn)F，根據(jù)公式（2)和公式（3)計(jì)算點(diǎn)E和點(diǎn)F的灰度值g巧） 和g (巧：
[0024] g 巧）=(X' -i) [g 值)-g(C)]+g(C) (2)
[0025] g(F〇 = (X' -i) [g(H)-g(G)]+g(G) (3)
[0026] 則點(diǎn)P' (X'，y')點(diǎn)的灰度值g(x'，y')按照公式（4)計(jì)算：
[0027] g(x'，y' ) = (y' -_j)[g(F)-g似]+g似（4)。
[002引上述步驟1】中獲取標(biāo)準(zhǔn)測試網(wǎng)格板的魚眼圖像的方法是：
[0029] 1. 1】將相機(jī)固定在支架上，把標(biāo)準(zhǔn)測試網(wǎng)格板垂直放置在相機(jī)前，相機(jī)與監(jiān)視器 相連，監(jiān)視器用于顯示相機(jī)采集到的圖像；
[0030] 1.2】調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)測試網(wǎng)格板，使相機(jī)的光軸與標(biāo)準(zhǔn)測試網(wǎng)格板垂直且通過標(biāo)準(zhǔn)測試 網(wǎng)格板的中屯、；
[0031] 調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)測試網(wǎng)格板與相機(jī)之間的距離，將標(biāo)準(zhǔn)測試網(wǎng)格板充滿整個(gè)監(jiān)視器的視 場；
[0032] 1.3】用相機(jī)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)測試網(wǎng)格板拍照，得到標(biāo)準(zhǔn)測試網(wǎng)格板的魚眼圖像。
[0033] 上述步驟2】中的魚眼圖像的像素點(diǎn)中，存在與魚眼圖像的中屯、距離最大像素點(diǎn)， 該像素點(diǎn)與魚眼圖像的中屯、之間的距離為L ^魚眼圖像的中屯、為圓屯、0,半徑L/3的魚眼 圖像占據(jù)的區(qū)域?yàn)橹型汀⒁晥?，半徑?3的魚眼圖像占據(jù)的區(qū)域中，去掉中屯、視場剩余的魚 眼圖像占據(jù)的區(qū)域?yàn)橹虚g視場，魚眼圖像中，去掉中屯、視場和中間視場，剩余的魚眼圖像占 據(jù)的區(qū)域?yàn)檫吘壱晥觥?br>[0034] 所述步驟2. 1】具體如下：
[0035] 分別在魚眼圖像的中屯、視場、中間視場和邊緣視場任意選取4個(gè)點(diǎn)，測量所選取 的每個(gè)點(diǎn)與魚眼圖像的中屯、之間的距離；
[0036] 所述步驟2. 2】具體如下：
[0037] 步驟2. 1】中所選取的每個(gè)點(diǎn)在實(shí)際圖像中分別對(duì)應(yīng)相應(yīng)的點(diǎn)，測量實(shí)際圖像中的 該些點(diǎn)與實(shí)際圖像的中屯、之間的距離；
[003引所述步驟2. 3】具體如下：
[0039] 按照公式（1)計(jì)算崎變系數(shù)，
[0040] 5 = 口0 + 口而 + 口2''〇2 + 口3'-〇3 ( 1 )，
[0041] 根據(jù)步驟2. 1】和步驟2.2】測量得到的各個(gè)距離，分別代入公式（1)，得到中屯、視 場的4個(gè)多項(xiàng)式、中間視場的4個(gè)多項(xiàng)式和邊緣視場的4個(gè)多項(xiàng)式，通過該些多項(xiàng)式，可分 別得到中屯、視場的崎變系數(shù)、中間視場和邊緣視場的崎變系數(shù)；
[00創(chuàng)所述步驟5】中，
[00創(chuàng)若點(diǎn)P1位于中屯、視場，則在公式（1)中，a0、al、a2和a3為中屯、視場的崎變系數(shù)，
[0044] 若點(diǎn)P1位于中間視場，則在公式（1)中，a0、al、a2和a3為中間視場的崎變系數(shù)，
[0045] 若點(diǎn)P1位于邊緣視場，則在公式（1)中，a0、al、a2和a3為邊緣視場的崎變系數(shù)。
[0046] 上述步驟3】中的點(diǎn)P1，在中屯、視場、中間視場和邊緣視場分別有至少4個(gè)。
[0047] 步驟1.1】中相機(jī)的視場角128° X95. 2°，標(biāo)準(zhǔn)測試網(wǎng)格板與相機(jī)之間的間距為 1. 5cm ；
[0048] 步驟2】中，中屯、視場范圍為0《L/3《80mm，中間視場為0 <化/3《110mm，邊 緣視場為110mm < L。
[0049] 上述步驟3】中的點(diǎn)P1位于標(biāo)準(zhǔn)測試網(wǎng)格板的網(wǎng)格交點(diǎn)處。
[0化0] 上述步驟1】中的標(biāo)準(zhǔn)測試網(wǎng)格板是網(wǎng)格間距為2cm正方形標(biāo)準(zhǔn)測試網(wǎng)格板。
[0化1] 上述步驟5】中待校正圖像校正后的圖像是無崎變圖像。
[0052] 本發(fā)明具有W下技術(shù)效果：
[0化3] 本發(fā)明利用笛卡爾坐標(biāo)和極坐標(biāo)進(jìn)行魚眼圖像崎變的空間校正