校正鱼眼镜头图像畸变的方法技术

本发明专利技术提供一种校正鱼眼镜头图像畸变的方法，其采用主光轴、空间物点的主光线、虚拟投影物面、第一个光学表面、鱼眼镜头、像面、第i个光学表面、第i+1个光学表面与最后一个光学表面，虚拟投影物面垂直于鱼眼镜头的主光轴，像面是鱼眼镜头的成像面，垂直于主光轴，空间物点的主光线经过虚拟投影物面、鱼眼镜头的第一个光学表面、第i个光学表面、第i+1个光学表面，最后达到像面，第一个光学表面为鱼眼镜头第一个透镜的第一个光学表面，第i个光学表面、第i+1个光学表面分别为鱼眼镜头的第i光学表面与第i+1个光学表面；空间物点的主光线经过虚拟投影物面，交于虚拟投影物面上。本发明专利技术可以获取物像径向高度关系，利用该关系对畸变图像进行校正，校正效果理想，方法简单，原理清晰，可很好应用于很多领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及畸变图像处理
，特别是涉及一种校正鱼眼镜头图像畸变的方法。
技术介绍
在监控、军事、医疗智能导航等领域，有大视场甚至超大视场角的需求，常规视场角已经不能满足现在这些领域的要求，鱼眼镜头视场角能达到180°、270°甚至320°。但是鱼眼镜头摄像机拍摄的图像具有非常严重的畸变，如果要利用这些具有严重变形图像的信息，就需将这些变形图像校正展开为人们所习惯的透视投影图像。不同光学结构的镜头适合于不同的矫正模型，通常为不同类型鱼眼镜头来选择适合的矫正模型比较困难，模型较复杂；应用标定的方法校正鱼眼图像畸变，需要制定精确的标定板以及对镜头与相机的内、外部参数进行标定，过程相对繁琐。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种校正鱼眼镜头图像畸变的方法，其可以获取物像径向高度关系，利用该关系对畸变图像进行校正，校正效果理想，方法简单，原理清晰，可很好应用于很多领域。本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种校正鱼眼镜头图像畸变的方法，其特征在于，其采用主光轴、空间物点的主光线、虚拟投影物面、第一个光学表面、鱼眼镜头、像面、第i个光学表面、第i+1个光学表面与最后一个光学表面，虚拟投影物面垂直于鱼眼镜头的主光轴，像面是鱼眼镜头的成像面，垂直于主光轴，空间物点的主光线经过虚拟投影物面、鱼眼镜头的第一个光学表面、第i个光学表面、第i+1个光学表面，最后达到像面，第一个光学表面为鱼眼镜头第一个透镜的第一个光学表面，第i个光学表面、第i+1个光学表面分别为鱼眼镜头的第i光学表面与第i+1个光学表面；空间物点的主光线经过虚拟投影物面，交于虚拟投影物面上，坐标为P”(x”，y”)，空间物点经过鱼眼镜头成像后，在像面x’o’y’
上对应像点P’(x’，y’)；一般切向畸变要比径向畸变小得，往往可以忽略切向畸变对图像的影响，仅研究径向畸变给鱼眼图像带来的变形，因此，θ1＝θ2；利用空间物点的主光线追迹获取hi＝f(h0)关系，其中hi为像面上像点径向高度O’P’，h0为像面上像点径向高度O”P”；利用傅里叶正弦级数进行函数拟合，再求反函数求得h0＝f-1(hi)，然后利用该关系进行像素点坐标映射求解，得到校正后图像像素点坐标，达到校正的目的，i为自然数，代表序数。优选地，所述虚拟投影物面中，空间物点在虚拟投影物面上投影点P”(x”，y”)，虚拟投影物面上投影点径向距离是目标求取的距离。优选地，所述校正鱼眼镜头图像畸变的方法利用空间物点P(x0，y0)的主光线追迹的方式获取物像径向关系hi＝f(h0)。优选地，所述校正鱼眼镜头图像畸变的方法获取物像径向高度关系之后利用傅里叶正弦级数拟合该关系曲线。优选地，所述校正鱼眼镜头图像畸变的方法获取物像径向高度关系之后利用求反函数获取目标径向高度表达式h0＝f-1(hi)。优选地，所述校正鱼眼镜头图像畸变的方法利用该关系h0＝f-1(hi)进行像素点的校正。本专利技术的积极进步效果在于：本专利技术可以获取物像径向高度关系，利用该关系对畸变图像进行校正，校正效果理想，方法简单，原理清晰，可很好应用于很多领域。本专利技术利用主光线追迹的方式获取物像径向高度关系，从而进行鱼眼镜头图像畸变校正。本专利技术利用主光线追迹的方式获取虚拟投影物面与像面上物像径向高度关系，利用傅里叶正弦级数拟合与反演方法求得目标无畸变图像像素点坐标与畸变图像像素点坐标对应关系，从而进行畸变校正。提出虚拟投影物面这一概念，将物体的真实空间位置进一步转化为投影在虚拟投影的物面上面；这样就可以获得虚拟投影物面与像面之间的径向高度的关系；然后利用上述关系可以获得投影平面与像平面像素坐标点之间的对应关系，然后进行畸变校正。该方法具有有效性，径向高度误差控制在一定范围内，拍摄鱼眼镜头畸变图像能达到较好的校正效果，能促进鱼眼镜头在目标识别、大视场监控等机器视觉领域的应用。附图说明图1为本专利技术校正鱼眼镜头图像畸变的方法的鱼眼镜头成像模型图。图2为本专利技术校正鱼眼镜头图像畸变的方法中主光线经过第i与第i+1个光学表面示意图。图3为本专利技术校正鱼眼镜头图像畸变的方法中主光线经过第一个光学表面示意图。图4是为本专利技术校正鱼眼镜头图像畸变的方法中主光线经过最后一个光学表面示意图。图5是为本专利技术校正鱼眼镜头图像畸变的方法目标无畸变图像像素点与畸变图像像素点坐标对应示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本专利技术，应理解这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。如图1-图5所示，本专利技术校正鱼眼镜头图像畸变的方法采用主光轴1、空间物点P(x0，y0)的主光线2、虚拟投影物面3、第一个光学表面4、鱼眼镜头5、像面6、第i个光学表面8、第i+1个光学表面9，虚拟投影物面3垂直于鱼眼镜头5的主光轴1，像面6是鱼眼镜头的成像面且垂直于主光轴，空间物点P(x0，y0)的主光线2经过鱼眼虚拟投影物面3、第一个光学表面4、第i个光学表面8、第i+1个光学表面9，最后达到像面6，第一个光学表面4为鱼眼镜头第一个透镜的第一个光学表面，第i个光学表面8、第i+1个光学表面9分别为鱼眼镜头的第i光学表面8与第i+1个光学表面9。空间物点P(x0，y0)的主光线2经过虚拟投影面，交于虚拟投影物面3(即x”o”y”)上，坐标为P”(x”，y”)，空间物点经过鱼眼镜头成像后，在成像平面x’o’y’上对应像点P’(x’，y’)。一般切向畸变要比径向畸变小得，往往可以忽略切向畸变对图像的影响，仅研究径向畸变给鱼眼图像带来的变形，θ1代表虚拟投影物面上投影点极坐标角度，θ2代表像面上投影点的角度，因此，θ1＝θ2。利用空间物点P(x0，y0)的主光线2追迹获取hi＝f(h0)关系，其中hi为像面上像点径向高度O’P’，h0为像面上像点径向高度O”P”。利用傅里叶正弦级数进行函数拟合，再求反函数求得h0＝f-1(hi)，然后利用该关系进行像素点坐标映射求解。i为自然数。下面是具体实现物像像素点坐标关系的推导：在图2中，主光线Mi-1OiOi+1交第i个面于Oi，第i+1个面于Oi+1；光线OiOi+1的反向延
长线交光轴于Mi点。其中Ci为第i个光学表面的曲率中心，Di为第i个面与对称轴交点。OiMi和光轴的夹角为ωi，光轴逆时针旋转到OiMi角度符号规定为正，反之为负。第i个光学面的入射角和折射角分别为αi和βi，由法线逆时针转到光线时角度规定为正，反之为负。光学系统中第i个面的半径用ri表示，曲率中心在光学面顶点的右侧时，ri规定为正，反之为负。在图2所示的△MiOiCi中，如下式(1)和(2)：MiCi+1‾=ri+1+di-ri+sinβisinωiri---(1)]]>sinαi+1=MiCi+1‾ri+1sinωi---(2)]]>将式(1)代入到式(2)，化简之后即可得到主光线的角度传输方程，如下式(3)和(4)：sinαi+1=ri+1+di-riri+1sinωi+rri+1sinβi---(3)]]本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种校正鱼眼镜头图像畸变的方法，其特征在于，其采用主光轴、空间物点的主光线、虚拟投影物面、第一个光学表面、鱼眼镜头、像面、第i个光学表面、第i+1个光学表面与最后一个光学表面，虚拟投影物面垂直于鱼眼镜头的主光轴，像面是鱼眼镜头的成像面，垂直于主光轴，空间物点的主光线经过虚拟投影物面、鱼眼镜头的第一个光学表面、第i个光学表面、第i+1个光学表面，最后达到像面，第一个光学表面为鱼眼镜头第一个透镜的第一个光学表面，第i个光学表面、第i+1个光学表面分别为鱼眼镜头的第i光学表面与第i+1个光学表面；空间物点的主光线经过虚拟投影物面，交于虚拟投影物面上，坐标为 P’’(x’’，y’’)，空间物点经过鱼眼镜头成像后，在像面x’o’y’上对应像点 P’(x’，y’)；一般切向畸变要比径向畸变小得，往往可以忽略切向畸变对图像的影响，仅研究径向畸变给鱼眼图像带来的变形，因此，θ1=θ2；利用空间物点的主光线追迹获取hi = f (h0)关系，其中hi为像面上像点径向高度O’P’，h0为像面上像点径向高度O’’P’’；利用傅里叶正弦级数进行函数拟合，再求反函数求得h0 = f‑1(hi)，然后利用该关系进行像素点坐标映射求解，得到校正后图像像素点坐标，达到校正的目的，i为自然数，代表序数。...

【技术特征摘要】
1.一种校正鱼眼镜头图像畸变的方法，其特征在于，其采用主光轴、空间物点的主光线、虚拟投影物面、第一个光学表面、鱼眼镜头、像面、第i个光学表面、第i+1个光学表面与最后一个光学表面，虚拟投影物面垂直于鱼眼镜头的主光轴，像面是鱼眼镜头的成像面，垂直于主光轴，空间物点的主光线经过虚拟投影物面、鱼眼镜头的第一个光学表面、第i个光学表面、第i+1个光学表面，最后达到像面，第一个光学表面为鱼眼镜头第一个透镜的第一个光学表面，第i个光学表面、第i+1个光学表面分别为鱼眼镜头的第i光学表面与第i+1个光学表面；空间物点的主光线经过虚拟投影物面，交于虚拟投影物面上，坐标为 P’’(x’’，y’’)，空间物点经过鱼眼镜头成像后，在像面x’o’y’上对应像点 P’(x’，y’)；一般切向畸变要比径向畸变小得，往往可以忽略切向畸变对图像的影响，仅研究径向畸变给鱼眼图像带来的变形，因此，θ1=θ2；利用空间物点的主光线追迹获取hi =f (h0)关系，其中hi为像面上像点径向高度O’P’，h0为像面上像点径向高度O’’P’’；利用傅里叶正弦级数进行函数拟合，再求反函...

【专利技术属性】
技术研发人员：侍业，吕丽军，吴学伟，田林，曹一青，侯国柱，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31