一種基于橢球面模型的魚(yú)眼圖像畸變校正算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于民用安防領(lǐng)域，具體涉及一種基于橢球面模型的魚(yú)眼圖像畸變校正算 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，魚(yú)眼圖像畸變校正算法中，普遍采用球面成像模型進(jìn)行畸變校正，沒(méi)有基于 橢球面模型的畸變校正算法。
[0003]當(dāng)前較為普遍的球面成像模型包括正交校正模型、等立體角投影模型、等距投影 模型和立體投影模型，對(duì)于特定的魚(yú)眼鏡頭個(gè)體，其成像半徑固定，一旦選定了某種球面成 像模型，就決定的畸變校正的效果，可能會(huì)有校正強(qiáng)度不夠或過(guò)校正的問(wèn)題，且不具有效果 調(diào)節(jié)能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明針對(duì)上述問(wèn)題，提供一種基于橢球面模型的魚(yú)眼圖像畸變校正算法，可以 通過(guò)調(diào)節(jié)橢球面成像模型的形狀來(lái)調(diào)節(jié)畸變校正的效果，因此只需通過(guò)調(diào)節(jié)橢球面模型的 形狀因子（長(zhǎng)軸與短軸之比）就可以調(diào)節(jié)魚(yú)眼圖像畸變校正的強(qiáng)度，并且因?yàn)榍蛎娉上衲?型是橢球面成像模型的一種特例，通過(guò)配置形狀因子，橢球面成像模型可以配置回球面成 像模型。
[0005] 本發(fā)明解決上述問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種基于橢球面模型的魚(yú)眼圖像畸變 校正算法，包括攝像機(jī)標(biāo)定、畸變校正坐標(biāo)映射關(guān)系計(jì)算、圖像插值三大部分；攝像機(jī)標(biāo)定 負(fù)責(zé)計(jì)算攝像機(jī)成像的固有參數(shù)，畸變校正映射關(guān)系計(jì)算主要完成校正前后圖像與原始圖 像中每個(gè)像素點(diǎn)的映射關(guān)系，圖像插值負(fù)責(zé)重構(gòu)校正后圖像每個(gè)像素的各個(gè)分量值。
[0006] 進(jìn)一步地，所述的基于橢球面模型的魚(yú)眼圖像畸變校正算法，其特征在于，所述攝 像機(jī)標(biāo)定包括以下步驟：
[0007] (1)手動(dòng)選取魚(yú)眼圖像有效區(qū)域邊界點(diǎn)，再利用圓周模型擬合出魚(yú)眼圖像中心像 素坐標(biāo)C0(u0，v0);
[0008] (2)計(jì)算每個(gè)選取的邊界點(diǎn)到圖像中心Cq(Uq，vQ)的距離的平均值得到全視角成 像半徑Rv ;
[0009] 更進(jìn)一步地，所述畸變校正坐標(biāo)映射關(guān)系計(jì)算包括以下步驟：
[0010] (1)根據(jù)魚(yú)眼鏡頭視角e和成像半徑Rv，將魚(yú)眼鏡頭成像半徑歸一化到180°視 角對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)成像半徑Rc:
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于橢球面模型的魚(yú)眼圖像畸變校正算法，其特征在于，包括攝像機(jī)標(biāo)定、畸變 校正坐標(biāo)映射關(guān)系計(jì)算、圖像插值三大部分；攝像機(jī)標(biāo)定負(fù)責(zé)計(jì)算攝像機(jī)成像的固有參數(shù)， 畸變校正映射關(guān)系計(jì)算主要完成校正前后圖像與原始圖像中每個(gè)像素點(diǎn)的映射關(guān)系，圖像 插值負(fù)責(zé)重構(gòu)校正后圖像每個(gè)像素的各個(gè)分量值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于橢球面模型的魚(yú)眼圖像畸變校正算法，其特征在于，所 述攝像機(jī)標(biāo)定包括以下步驟： (1) 手動(dòng)選取魚(yú)眼圖像有效區(qū)域邊界點(diǎn)，再利用圓周模型擬合出魚(yú)眼圖像中心像素坐 豐不C〇 (U〇，V〇); (2) 計(jì)算每個(gè)選取的邊界點(diǎn)到圖像中心CjivV(l)的距離的平均值得到全視角成像半 徑Rv。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于橢球面模型的魚(yú)眼圖像畸變校正算法，其特征在于，所 述畸變校正坐標(biāo)映射關(guān)系計(jì)算包括以下步驟： (1) 根據(jù)魚(yú)眼鏡頭視角0和成像半徑Rv，將魚(yú)眼鏡頭成像半徑歸一化到180°視角對(duì) 應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)成像半徑Rc
(2) 選定球面成像模型，設(shè)定橢球面成像模型形狀因子k，計(jì)算橢球面成像模型； (3) 根據(jù)橢球面模型計(jì)算徑向畸變系數(shù)映射表p); (4) 逐一遍歷校正后圖像中的每個(gè)像素點(diǎn)，計(jì)算當(dāng)前像素點(diǎn)（X，Y)到校正后圖像中心 的徑向距離L2,再根據(jù)徑向畸變映射表C#a?p)計(jì)算得到當(dāng)前像素點(diǎn)到圖像中心的徑向 畸變系數(shù)P; (5) 根據(jù)當(dāng)前校正像素點(diǎn)的徑向距離L2、徑向畸變系數(shù)P、以及原始魚(yú)眼圖像的圖像 中心像素坐標(biāo)CO(uO,vO),計(jì)算當(dāng)前校正像素點(diǎn)在原始魚(yú)眼圖像中的像素坐標(biāo)信息（x,y), 將該坐標(biāo)信息保存到畸變校正坐標(biāo)映射表體V) ?仏3〇中。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于橢球面模型的魚(yú)眼圖像畸變校正算法，其特征在于，所 述圖像插值為對(duì)于待校正魚(yú)眼圖像，逐一遍歷校正后像素點(diǎn)坐標(biāo)（X，Y)，通過(guò)畸變校正坐標(biāo) 映射表(X*T〇^(xy)查找對(duì)應(yīng)在原始魚(yú)眼圖像中的像素坐標(biāo)（x，y)，采用雙線(xiàn)性插值的方法 重構(gòu)當(dāng)前校正像素點(diǎn)的各分量值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于橢球面模型的魚(yú)眼圖像畸變校正算法，其特征在于，其 中的手動(dòng)選取魚(yú)眼圖像有效區(qū)域邊界點(diǎn)，再利用圓周模型擬合出魚(yú)眼圖像中心像素坐標(biāo) C0(u0,v0)包括以下步驟： (1) 手動(dòng)選取魚(yú)眼圖像邊界點(diǎn)（Xi，yi)，一般選取10個(gè)左右邊界點(diǎn)。 (2) 建立圓周模型 (xi-u0)2+(Yi-v0)2=Rv 為方便擬合，將圓周模型轉(zhuǎn)換為 (2xj- 2xi)u〇+(2yJ - 2yi)v〇=xJ2+yJ2 -x/ -y/ 將選取的點(diǎn)代入上式中，通過(guò)最小二乘法擬合得到叫和V(l，即可獲得魚(yú)眼圖像的有效 區(qū)域中心坐標(biāo)CQ(uQ,vQ)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于橢球面模型的魚(yú)眼圖像畸變校正算法，其特征在于，其 中的計(jì)算每個(gè)選取的邊界點(diǎn)到圖像中心QOvV(l)的距離的平均值得到全視角成像半gRv 包括以下步驟： (1) 計(jì)算手動(dòng)選取的每個(gè)邊界點(diǎn)（Xi，yi)與魚(yú)眼圖像中心的距離為氏，則有，
其中，（iVvd為光軸中心的坐標(biāo)。 (2) 假設(shè)成像半徑的標(biāo)定結(jié)果為Rv，則有，
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于橢球面模型的魚(yú)眼圖像畸變校正算法，其特征在于，其 中的選定球面成像模型，設(shè)定橢球面成像模型形狀因子k，計(jì)算橢球面成像模型步驟為： (1) 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)成像半徑R。和球面成像模型，計(jì)算得到球面成像模型的球面的半徑，即橢 球面模型的截面橢圓的橫軸長(zhǎng)度a; (2) 設(shè)定橢球面模型的形狀因子k(k> 1)，根據(jù)橫軸長(zhǎng)度a，可以計(jì)算得到縱軸長(zhǎng)度b， 從而得到下述橢球面截面橢圓上的點(diǎn)（x〇,y〇)的極坐標(biāo)表達(dá)式 b=ka x〇 =asin9 y〇=bcos9 〇
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于橢球面模型的魚(yú)眼圖像畸變校正算法，其特征在于，其 中的根據(jù)橢球面模型計(jì)算徑向畸變系數(shù)映射表Cf2 ?P)步驟為： (1) 按照某個(gè)步距將90°離散得到N個(gè)角度，計(jì)算每個(gè)0對(duì)應(yīng)的實(shí)際視角a，0對(duì)應(yīng) 的校正前原始圖像的徑向距離山0對(duì)應(yīng)校正后圖像的徑向距離d' Q對(duì)應(yīng)的實(shí)際視角a為：
0對(duì)應(yīng)校正前原始圖像的徑向距離為： d=a?a 0對(duì)應(yīng)橢球面模型的徑向畸變系數(shù)為：
9對(duì)應(yīng)校正后圖像的徑向距離為： d，=p，（ 0 ) ?x0 (2) 0對(duì)應(yīng)的徑向畸變系數(shù)為： P=d/d/ (3) 建立徑向畸變系數(shù)映射表(d>2 ?p)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于橢球面模型的魚(yú)眼圖像畸變校正算法，其特征在于，其 中的逐一遍歷校正后圖像中的每個(gè)像素點(diǎn)，計(jì)算當(dāng)前像素點(diǎn)（X，Y)到校正后圖像中心的徑 向距離L2,再根據(jù)徑向畸變映射表(tT2?p>計(jì)算得到當(dāng)前像素點(diǎn)到圖像中心的徑向畸變系 數(shù)P步驟為： (1)計(jì)算校正后圖像的每個(gè)像素點(diǎn)（X，Y)的徑向距離的平方L2: L2=(X-X〇)2+(Y-Y〇)2 其中，（X。，YQ)為校正后圖像中心坐標(biāo)； (2)根據(jù)徑向畸變系數(shù)表(tf3 ?P)，計(jì)算L2對(duì)應(yīng)的徑向畸變系數(shù)P。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于橢球面模型的魚(yú)眼圖像畸變校正算法，其特征在于，其 中的根據(jù)當(dāng)前校正像素點(diǎn)的徑向距離L2、徑向畸變系數(shù)P、以及原始魚(yú)眼圖像的圖像中心 像素坐標(biāo)CO(uO,vO)，計(jì)算當(dāng)前校正像素點(diǎn)在原始魚(yú)眼圖像中的像素坐標(biāo)信息（x，y)，將 該坐標(biāo)信息保存到畸變校正坐標(biāo)映射表OtY) 中步驟為： (1) 計(jì)算校正后圖像像素點(diǎn)（X，Y)對(duì)應(yīng)在原始魚(yú)眼圖像中的像素坐標(biāo)為 x=(X-X〇)p+u〇 y=(Y-Y〇)P+v〇 (2) 遍歷每一個(gè)校正后像素點(diǎn)，即可得到所有校正點(diǎn)的畸變校正坐標(biāo)映射關(guān)系
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于橢球面模型的魚(yú)眼圖像畸變校正算法，包括攝像機(jī)標(biāo)定、畸變校正坐標(biāo)映射關(guān)系計(jì)算、圖像插值三大部分，攝像機(jī)標(biāo)定負(fù)責(zé)計(jì)算攝像機(jī)成像的固有參數(shù)，畸變校正映射關(guān)系計(jì)算主要完成校正前后圖像與原始圖像中每個(gè)像素點(diǎn)的映射關(guān)系，圖像插值負(fù)責(zé)重構(gòu)校正后圖像每個(gè)像素的各個(gè)分量值。
【IPC分類(lèi)】G06T5-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104574289
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310524198
【發(fā)明人】畢雷
【申請(qǐng)人】深圳市中航比特通訊技術(shù)有限公司
【公開(kāi)日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2013年10月29日