一种测量透镜畸变的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种测量透镜畸变的方法及系统，该方法包括：设置具有K×N个点构成的点阵图案的测试卡，K与N均为自然数，K等于或不等于N；获取测试卡通过透镜产生畸变后的畸变图像；以畸变图像左上角的点为坐标原点，以原点向右为X轴正方向，以原点向下为Y轴正方向构建畸变图像的平面坐标系；通过扫描检索定位畸变图像的中心点的坐标以及所有非中心点，并确定中心点以及所有非中心点在平面坐标系中的坐标值；利用中心点以及所有非中心点的坐标值，根据畸变图像畸变量计算公式，计算畸变图像的畸变量，进而得到透镜的畸变量。本测量方法和系统能够快速、准确的定位测试卡的黑点，加快了图像处理速度的同时提高了透镜畸变测量的精度。

Method and system for measuring lens distortion

The invention discloses a method and a system for measuring lens distortion, the method includes: setting a K * N points in a lattice pattern test card, K and N are natural numbers, K is equal or not equal to N; obtain the distortion of image distortion after passing through the lens test card; image distortion to the left on the corner is the origin of coordinates, right at the origin for the positive X direction, with the origin down for the positive direction of axis Y construct distorted image plane coordinate system; coordinate by center point scanning positioning image distortion and non center point, and determine the center coordinates and non center point in plane coordinate in the system of value; using the center point and the coordinates of all the non central point, according to the calculation formula of distortion of image distortion, calculate the distortion of image distortion, and lens distortion. The measurement method and system can quickly and accurately locate the black spots of the test card, speed up the image processing speed and improve the accuracy of the lens distortion measurement.

【技术实现步骤摘要】
本专利技术专利申请是申请日为2014年06月27日、申请号为201410302056.2、名称为“一种测量透镜畸变的方法及系统”的中国专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及图像处理领域，具体涉及一种测量透镜畸变的方法及系统。
技术介绍
随着科技水平的提高，消费类电子产品以飞快的步伐迈入人类生活，头戴显示类产品凭借绚丽的外形及先进的功能吸引着大众的眼球。头戴显示类产品将视觉技术完美的应用与产品，其使用高分辨率的LCD屏显示图像，经过透镜放大，以便用户能观看到清晰的图像；并采用3D技术处理图像，让用户感受3D带来的视觉冲击感。然而透镜将图像放大的同时，也使得图像产生了畸变，畸变属于成像的几何失真，它是由于焦平面上不同区域对影像的放大率不同而形成的画面扭曲变形现象，这种变形的程度从画面中心至画面边缘依次递增，主要在画面边缘反映得较明显。因此需要测量到这个畸变量，再通过图像处理技术将畸变的图像还原成正常的图像，现有技术中的测量透镜畸变的方法计算速度慢并且测量精度不高，还原为正常图像具有较大的误差，不能满足图像处理的需求。
技术实现思路
本专利技术提供了一种测量透镜畸变的方法及系统，以解决现有的透镜畸变测量方法计算速度慢且测量精度不高的问题。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：本专利技术提供了一种测量透镜畸变的方法，该方法包括：设置具有K×N个点构成的点阵图案的测试卡，K与N均为自然数，K等于或不等于N；获取测试卡通过透镜产生畸变后的畸变图像；以畸变图像左上角的点为坐标原点，以原点向右为X轴正方向，以原点向下为Y轴正方向构建畸变图像的平面坐标系；基于中心点与所有非中心点的物理相对位置不变的关系，采用坐标定位方式，通过扫描检索定位畸变图像的中心点以及所有非中心点，并确定中心点以及所有非中心点在平面坐标系中的坐标值；利用中心点以及所有非中心点的坐标值，计算畸变图像的畸变量，进而得到透镜的畸变量。其中，测试卡上中心点的半径比所有非中心点的半径大。其中，通过扫描检索定位畸变图像的中心点以及所有非中心点包括：设定一个以畸变图像中心的坐标值为中心的正方形检索区域；正方形检索区域的边长的一半大于等于中心点半径的2倍；以正方形检索区域的左上角的一点为中心，设定一个边长的一半为中心点半径的正方形扫描区域，以扫描区域的中心为扫描起始点，扫描该扫描区域并计算该区域内所有像素点的平均值；在检索区域内，按照从上到下、从左到右的顺序移动扫描区域的中心，直至扫描完检索区域，比较扫描区域每次获取到的像素点平均值，并将所有像素点平均值中的最小平均值或者最大平均值所在的扫描区域的中心确定为中心点的中心，进而确定中心点中心的坐标值，将中心点中心的坐标值定位为中心点的坐标值。以此类似的方法，定位出所有非中心点的坐标值。其中，以此类似的方法，定位出所有非中心点的坐标值包括：以中心点的中心为基准，以特定的步长，向左移动正方形检索区域，定位出与中心点同一行的左边所有的非中心点，并确定非中心点的坐标值；以中心点的中心为基准，以特定的步长，向右移动正方形检索区域，定位出中心点同一行的右边所有非中心点，并确定非中心点的坐标值；以中心点的中心为基准，以特定的步长，向下移动正方形检索区域，定位出中心点所在行的下一行所有非中心点，并确定非中心点的坐标值；以中心点的中心为基准，以特定的步长，向上移动正方形检索区域，定位出中心点所在行的上一行所有非中心点，并确定非中心点的坐标值；在所述检索区域内，按照从上到下、从左到右的顺序移动所述扫描区域的中心，直至扫描完所述检索区域。其中，该方法还包括：在缓存中定义一个长度能够至少包含所有点的二维数组，将中心点的坐标信息存储于二维数组的中心数值中；依次将定位到的所有点按照畸变图像上的相对物理位置，存储于二维数组中，建立中心点以及所有非中心点与二维数组的索引关系。其中，利用中心点以及非中心点的坐标值，计算畸变图像的畸变量包括：根据二维数组与中心点以及所有非中心点的索引关系，找出分别位于在畸变图像上的四个点A1、A2、A3、A4，所述点A1、A2、A3、A4应尽可同时满足以下条件：四个点A1、A2、A3、A4两、两处于同一基准线；根据四个点A1、A2、A3、A4及其两两所在的同一基准线上所有非中心点与中心点的索引关系，找出所述四个点A1、A2、A3、A4两两所在的同一基准线上的中间点，其中，点A1与点A2所在的基准线的中间点记为B1，点A2与点A3所在的基准线的中间点记为B2，点A3与点A4所在的基准线的中间点记为B3，点A1与点A4所在的基准线的中间点记为B4，中间点B1、B2、B3、B4同时满足以下条件：B1点、中心点、B3点这三个点位于同一基准线；B2点、中心点、B4点这三个点位于同一基准线；点A1、A2相对于点B1的索引差值相等并记为m，点A3、A4相对于点B3的索引差值相等并记为n，且m＝n；点A1、A4相对于点B4索引差值相等并记为u，点A2、A3相对于点B2的索引差值相等并记为v，且v＝u。其中，利用中心点以及非中心点的坐标值，计算畸变图像的畸变量包括：根据如下公式计算出畸变图像垂直方向的畸变量：Vertical＝100％*(DisA1A4+DisA2A3)/(2*DisB1B3)其中，DisA1A4表示点A1和A4的之间距离，DisA2A3表示点A2和A3之间的距离，DisB1B3表示点B1和B3之间的距离，Vertical表示畸变图像垂直方向的畸变量；根据如下公式计算出畸变图像水平方向的畸变量：Horizontal＝100％*(DisA1A2+DisA3A4)/(2*DisB2B4)其中，DisA1A2表示点A1和A2的距离，DisA3A4表示点A3和A4的距离，DisB2B表示点B2和B4的距离，Horizontal表示畸变图像水平方向的畸变量。其中，获取测试卡通过透镜产生畸变后的畸变图像包括：采用高像素的工业相机，相机中心、透镜中心以及测试卡中心重合，通过透镜拍摄测试卡，得到畸变图像。其中，当中心点以及非中心点为黑色的点时，将所有像素点平均值中的最小平均值所在的扫描区域的中心确定为中心黑点的中心，并确定中心黑点中心的坐标值。本专利技术还提供一种测量透镜畸变的系统，应用上述的方法测量透镜畸变，该系统包括：测试卡，具有K×N个点构成的点阵图案；成像装置，用于获取测试卡通过透镜产生畸变后的畸变图像；图像处理装置，用于以畸变图像左上角的点为坐标原点，以原点向右为X轴正方向，以原点向下为Y轴正方向构建畸变图像的平面坐标系；基于中心点与所有非中心点的物理相对位置不变的关系，采用坐标定位方式，通过扫描检索定位畸变图像的中心点以及所有非中心点，并确定中心点以及所有非中心点在平面坐标系中的坐标值；以及利用中心点以及非中心点的坐标值，计算畸变图像的畸变量，进而得到透镜的畸变量。本专利技术的这种测量透镜畸变的方法及系统，能够快速、准确的定位测试卡上的所有点，实际误差范围达到亚像素级别，达到快速的计算畸变图像的畸变量，真实反应出透镜的畸变的目的。附图说明图1是本专利技术一个实施例提供的一种测量透镜畸变的方法的流程图；图2是本专利技术一个实施例提供的测试卡的示意图；图3是本专利技术一个实施例提供的获取畸变图像的示意图；图4是本专利技术一个实施例提供的测试卡本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量透镜畸变的方法，其特征在于，该方法包括：设置具有K×N个点构成的点阵图案的测试卡，K与N均为自然数，K等于或不等于N；获取所述测试卡通过所述透镜产生畸变后的畸变图像；以所述畸变图像左上角的点为坐标原点，以原点向右为X轴正方向，以原点向下为Y轴正方向构建所述畸变图像的平面坐标系；基于中心点与所有非中心点的物理相对位置不变的关系，采用坐标定位方式，通过扫描检索定位所述畸变图像的中心点以及所有非中心点，并确定中心点以及所有非中心点在所述平面坐标系中的坐标值；利用所述中心点以及所有非中心点的坐标值，计算所述畸变图像的畸变量，进而得到所述透镜的畸变量。

【技术特征摘要】
1.一种测量透镜畸变的方法，其特征在于，该方法包括：设置具有K×N个点构成的点阵图案的测试卡，K与N均为自然数，K等于或不等于N；获取所述测试卡通过所述透镜产生畸变后的畸变图像；以所述畸变图像左上角的点为坐标原点，以原点向右为X轴正方向，以原点向下为Y轴正方向构建所述畸变图像的平面坐标系；基于中心点与所有非中心点的物理相对位置不变的关系，采用坐标定位方式，通过扫描检索定位所述畸变图像的中心点以及所有非中心点，并确定中心点以及所有非中心点在所述平面坐标系中的坐标值；利用所述中心点以及所有非中心点的坐标值，计算所述畸变图像的畸变量，进而得到所述透镜的畸变量。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测试卡上中心点的半径比所有非中心点的半径大。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过扫描检索定位所述畸变图像的中心点以及所有非中心点包括：设定一个以所述畸变图像中心的坐标值为中心的正方形检索区域；所述正方形检索区域的边长的一半大于等于所述中心点半径的2倍；以所述正方形检索区域的左上角的一点为中心，设定一个边长的一半为中心点半径的正方形扫描区域，以所述扫描区域的中心为扫描起始点，扫描所述扫描区域并计算该区域内所有像素点的平均值；在所述检索区域内，按照从上到下、从左到右的顺序移动所述扫描区域的中心，直至扫描完所述检索区域，比较所述扫描区域每次获取到的像素点平均值，并将所有像素点平均值中的最小平均值或者最大平均值所在的扫描区域的中心确定为所述中心点的中心，进而确定所述中心点中心的坐标值，将所述中心点中心的坐标值定位为所述中心点的坐标值；以此类似的方法，定位出所有非中心点的坐标值。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述以此类似的方法，定位出所有非中心点的坐标值包括：以所述中心点的中心为基准，以特定的步长，向左移动所述正方形检索区域，定位出与所述中心点同一行的左边所有的非中心点，并确定所述非中心点的坐标值；以所述中心点的中心为基准，以特定的步长，向右移动所述正方形检索区域，定位出与所述中心点同一行的右边所有非中心点，并确定所述非中心点的坐标值；以所述中心点的中心为基准，以特定的步长，向下移动所述正方形检索区域，定位出所述中心点所在行的下一行所有非中心点，并确定所述非中心点的坐标值；以所述中心点的中心为基准，以特定的步长，向上移动所述正方形检索区域，定位出所述中心点所在行的上一行所有非中心点，并确定所述非中心点的坐标值；在所述检索区域内，按照从上到下、从左到右的顺序移动所述扫描区域的中心，直至扫描完所述检索区域。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在缓存中定义一个长度能够至少包含所有点的二维数组，将所述中心点的坐标信息存储于所述二维数组的中心数组中；依次将定位到的所有点按照所述畸变图像上的相对物理位置，存储于所述二维数组中，建立所述中心点以及所有非中心点与所述二维数组的索引关系。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述利用所述中心点以及所有非中心点的坐标值，计算所述畸变图像的畸变量包括：根据所述二维数组与所述中心点以及所有非中心点的索引关系，找出分别位于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈兴仪，徐建军，牛锡亮，
申请(专利权)人：歌尔科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37