專利名稱：全幅魚眼鏡頭桶形畸變圖像校正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一種桶形畸變圖像的校正方法，特別針對全幅魚眼鏡頭拍攝出來的桶形失真嚴(yán)重的圖像。
背景技術(shù)：
在機(jī)器人和車輛導(dǎo)航、視覺監(jiān)控以及虛 擬場景技術(shù)等許多計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域中，往往需要得到更大視角范圍的圖像。廣角鏡頭是獲得大視角圖像的一種途徑，但成本高，并且當(dāng)視角范圍較大時(shí)，圖像四周邊緣處校正效果有時(shí)仍不理想。魚眼鏡頭可以得到比廣角鏡頭更大的視角范圍，能夠容納更多場景，可以適應(yīng)狹小空間的拍攝，但其成本卻相對低得多，因此被廣泛地應(yīng)用。魚眼鏡頭在拍照時(shí)為了獲取大視場的圖像，不可避免地引入了桶形失真，圖像中直線變曲，接近邊緣的部分成像嚴(yán)重變形，只有鏡頭中心部分的內(nèi)容可以保持原來的狀態(tài)。常見的魚眼鏡頭有兩種一種是圓形魚眼鏡頭，也稱全天候魚眼鏡頭，其水平視角與垂直視角相等，成像區(qū)域?yàn)閳A形，視角大于180°，焦距范圍為6.5 8mm。另一種是全幅魚眼鏡頭，其水平視角與垂直視角不相等且小于180°，成像區(qū)域?yàn)榫匦?，焦距?5 16mm。圓形魚眼鏡頭一般用于產(chǎn)生特殊藝術(shù)效果的圖像，而全幅魚眼鏡頭的圖像經(jīng)過畸變校正后，可以提取出豐富而準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息，在宇航空間等依賴于視覺信息做出決策的行業(yè)都具有相當(dāng)高的應(yīng)用價(jià)值，例如安防監(jiān)控、管道探測、輔助駕駛、現(xiàn)場監(jiān)測、車載巡檢、工業(yè)測量、飛行器制導(dǎo)、移動(dòng)機(jī)器人和車輛導(dǎo)航、視頻會(huì)議以及遠(yuǎn)程教育等對運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測和跟蹤、外部空間探測等方面。目前，為了消除和改善桶形畸變的圖像，人們提出了各種各樣的校正算法。比較常見的是仿射變換法、二次變換法以及極坐標(biāo)變換法等方法。其中最為常用的是極坐標(biāo)變換法，有二次極半徑關(guān)系算法，也有三次極半徑關(guān)系算法。這些方法對桶形失真不嚴(yán)重的圖像校正效果尚可，但對全幅魚眼鏡頭所產(chǎn)生的大視角的失真嚴(yán)重的桶形畸變圖像進(jìn)行校正時(shí)，顯得力不從心，不能達(dá)到完全的校正，并且越是靠近圖像邊緣的部分校正效果越差。仿射變換甚至對圖像邊緣部分的校正效果幾乎沒有，而桶形失真圖像校正效果的好壞對后續(xù)應(yīng)用是否能提取到準(zhǔn)確信息產(chǎn)生直接的影響。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種全幅魚眼鏡頭桶形畸變圖像校正方法，對圖像的整體畸變校正效果好、校正效率高，該方法特別適用于全幅魚眼鏡頭所造成的桶形畸變較為嚴(yán)重的圖像的校正，對一般畸變程度較輕的桶形失真圖像的校正同樣適用。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括以下步驟步驟一、建立桶形畸變圖像與還原圖像之間相應(yīng)像素點(diǎn)的位置關(guān)系，通過以下方式實(shí)現(xiàn)I、取三維球面坐標(biāo)模型中半球體圓截面所在平面的直角坐標(biāo)系，調(diào)整該直角坐標(biāo)系的位置，使直角坐標(biāo)系原點(diǎn)與桶形畸變圖像的圖像中心重合，即為二維的標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系；2、將桶形畸變圖像和還原圖像的每一個(gè)像素點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)為極坐標(biāo)形式，還原圖像在極坐標(biāo)系下每個(gè)像素點(diǎn)的極半徑R = air+a2r2+a3r3，式中，r為桶形畸變圖像在極坐標(biāo)系下相應(yīng)像素點(diǎn)的極半徑，B1^a2和a3為關(guān)系式的系數(shù)，通過在桶形畸變圖像和還原圖像對中選取至少三組對應(yīng)像素點(diǎn)作為特征點(diǎn)對，將各特征點(diǎn)對的極半徑值分別代入上式得到一方程組，利用最小二乘法求解得到；步驟二、對步驟一的三次極半徑關(guān)系式進(jìn)行算法改進(jìn)，通過以下方式實(shí)現(xiàn)I、已知桶形畸變圖像的尺寸為i*j，計(jì)算桶形畸變圖像中距離桶形畸變中心
即標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系原點(diǎn)最遠(yuǎn)的像素點(diǎn)(Xmax，Yfflax)在極坐標(biāo)下的極半徑
權(quán)利要求
1. 一種全幅魚眼鏡頭桶形畸變圖像校正方法，其特征在于包括下述步驟 步驟一、建立桶形畸變圖像與還原圖像之間相應(yīng)像素點(diǎn)的位置關(guān)系，通過以下方式實(shí)現(xiàn) · 1、取三維球面坐標(biāo)模型中半球體圓截面所在平面的直角坐標(biāo)系，調(diào)整該直角坐標(biāo)系的位置，使直角坐標(biāo)系原點(diǎn)與桶形畸變圖像的圖像中心重合，即為二維的標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系。
·2.將桶形畸變圖像和還原圖像的每一個(gè)像素點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)為極坐標(biāo)形式，還原圖像在極坐標(biāo)系下每個(gè)像素點(diǎn)的極半徑R = air+a2r2+a3r3，式中，r為桶形畸變圖像在極坐標(biāo)系下相應(yīng)像素點(diǎn)的極半徑，B1^a2和a3為關(guān)系式的系數(shù)，通過在桶形畸變圖像和還原圖像對中選取至少三組對應(yīng)像素點(diǎn)作為特征點(diǎn)對，將各特征點(diǎn)對的極半徑值分別代入上式得到一方程組，利用最小二乘法求解得到； 步驟二、對步驟一的三次極半徑關(guān)系式進(jìn)行算法改進(jìn)，通過以下方式實(shí)現(xiàn) ·1、已知桶形畸變圖像的尺寸為i*j，計(jì)算桶形畸變圖像中距離桶形畸變中心即標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系原點(diǎn)最遠(yuǎn)的像素點(diǎn)(x_，ymax)在極坐標(biāo)下的極半徑
全文摘要
本發(fā)明提供了一種全幅魚眼鏡頭桶形畸變圖像校正方法，首先建立桶形畸變圖像與還原圖像之間相應(yīng)像素點(diǎn)的位置關(guān)系，獲得桶形畸變圖像及其還原圖像間的三次極半徑關(guān)系式；然后三次極半徑關(guān)系式進(jìn)行算法改進(jìn)，采用改進(jìn)后的校正關(guān)系式對桶形畸變圖像逐像素進(jìn)行運(yùn)算，完成校正。本發(fā)明改善了現(xiàn)有的桶形畸變校正技術(shù)校正能力有限，對圖像周邊部分校正效果差的不足，可以對全幅魚眼鏡頭產(chǎn)生的超大廣角桶形失真圖像實(shí)現(xiàn)整幅圖像的滿意校正，尤其對圖像周邊的校正效果改進(jìn)明顯。具備工業(yè)應(yīng)用中用于圖像測量的圖片質(zhì)量要求。
文檔編號G06T5/00GK102915525SQ20121034752
公開日2013年2月6日 申請日期2012年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月19日
發(fā)明者齊敏, 張小溪, 李大健, 王強(qiáng), 樊養(yǎng)余, 呂國云, 王毅 申請人:西北工業(yè)大學(xué)