一种亚像素级畸变校正方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种亚像素级畸变校正方法及装置。该装置与方法采用工控机控制显示器(4)上的显示点从某一已知点开始点亮，并控制相机(1)进行图像提取和处理；采用本发明专利技术可以有效的提高畸变标定的精度，达到亚像素级的畸变纠正效果，大幅改善边缘的标定效果，使视觉类产品可以应用到更精确的场合。对投影设备使用本发明专利技术可以明显降低投影畸变，改善投影效果，降低光学成本。本产品算法简单，不会影响图像的处理速度，非常适合高精度机器视觉、相机成像畸变纠正、投影畸变校正等领域。

Sub-pixel distortion correction method and device

The invention discloses a sub-pixel distortion correction method and device. The device and method used to control the display of IPC (4) on display from a known point light, and control the camera (1) for image extraction and processing; the invention can improve the accuracy of calibration distortion effectively, achieve the effect of distortion correction of the sub-pixel calibration effect greatly improved edge. The visual products can be applied to more accurate occasions. With the invention, the projection distortion can be obviously reduced, the projection effect can be improved, and the optical cost can be reduced. The algorithm is simple and does not affect the speed of image processing. It is very suitable for high-precision machine vision, camera imaging distortion correction, projection distortion correction and other fields.

【技术实现步骤摘要】
一种亚像素级畸变校正方法及装置
本专利技术涉及图像处理
，尤其涉及一种亚像素级畸变校正方法及装置
技术介绍
市场上的成像设备，如摄像头、相机等，使用到镜头组的成像产品，都不可避免的会产生一些畸变，尤其在大视场、短焦距的情况下畸变影响更加明显。镜头优化以及图像算法都可以实现较好的畸变纠正，由于镜头优化在短焦时效果有限，同时涉及的技术难度高、成本高，通常采用图像算法纠正的方式。目前国际通用的纠正算法为张正友标定法，即通过标准黑白棋盘格的图像，计算出各个角点的图像位置，并同理论图像位置进行对比，得出镜头的畸变参数，根据畸变参数对图像进行校正。在使用该方法进行标定时，通常需要采集较多的黑白棋盘格图像，图像越多，计算得出的畸变参数越准确。这种方法的缺点主要包括：该方法把镜头等效成理想模型，仅存在理想的径向和切向方向系数，实际中由于镜片质量、芯片质量、安装误差等多种原因，造成实际的畸变非常复杂，无法使用4,5个畸变系数完整的表示。因此在使用该方法进行标定时，尤其在边缘附近，始终存在像素级的标定误差。这种误差的影响在普通的视频、投影上肉眼观测并不明显，但比较精密的应用场合或超短焦等具有比较大的畸变时，影响较大。比如在双目立体视觉领域，要求两个相机的畸变完全校正后去匹配图像，像素级的畸变会直接降低匹配精度，影响匹配质量。在高精度的视觉尺寸检测领域，畸变会直接造成测量误差，影响测量精准度。此外该算法无法对投影类产品畸变的进行纠正。
技术实现思路
随着视觉技术不断发展，无法满足像素级的畸变纠正的问题变得越来越突出，甚至影响了高精度视觉计算、断交短焦投影显示效果等。针对该问题，本专利技术提出了一种具有亚像素级纠正效果方法和装置，可以有效的解决该问题，将畸变纠正控制在亚像素级。同时本专利技术提出了一种可应用在投影产品上的用于纠正投影畸变的方法，可有效降低投影类产品的光学成本，提高成像效果。本专利技术提供了一种亚像素级畸变校正方法，包括以下步骤：工控机控制显示器上的显示点从某一已知点开始点亮，并控制相机进行图像提取和处理；包括以下步骤：步骤100阈值设定：阈值设置为30至40，按照该阈值进行图像的搜索与查找，标记处特征点。步骤200特征点优化：首先对上述的特征点进行滤波，由于可能存在较多的干扰点，要找的点主要分为3种情况：第一种，显示点正好对应落在像素整数位置时，判断是否有单点的特征点值超过了200，若有，则保留该点，并在周围取另外3个灰度值相对大的点，组成一个四边形的四个点；若无则继续判断；第二种，当显示点正好落在两个像素之间时，判断是否有相邻的两个特征点数值较大，可以按照灰度值128左右进行设置，若有则保留该点，在周围取另外两点，组成一个西变形的四个点；若无则继续判断；第三种，当显示点落在四个像素上是，判断是否有3个以上的特征点相连，并灰度值大约60至80，并保留四个灰度值较大的点组成一个四边形。步骤300双线性插值反向计算：通过特征点优化后，得到了四个像素位置以及灰度值，利用双线性插值的反向算法，得出一个经过插值计算的亚像素位置，用于描述显示点位置对应的图像位置；逐个或分批次对显示点进行点亮与关闭，同时相机不断进行图片采集和处理，得到一个与图像像素数量相同的二维位置矩阵并保存；在得到原始图像后，将原始图像利用该二维位置矩阵进行转换，得出新的无畸变图像。本专利技术另提供实现上述方法的一种亚像素级畸变校正装置，工控机数据连接相机与显示器，所述显示器放置在相机镜头正前方，显示面朝向镜头；所述显示器的尺寸要大于等于相机与镜头的成像系统在使用距离下的视场大小，在视场内显示器的分辨率大于等于相机的分辨率；工控机控制显示器上的显示点从某一已知点开始点亮，并控制相机进行图像提取和处理；包括以下过程：阈值设定：阈值设置为30至40，按照该阈值进行图像的搜索与查找，标记处特征点。特征点优化：首先对上述的特征点进行滤波，由于可能存在较多的干扰点，要找的点主要分为3种情况：第一种，显示点正好对应落在像素整数位置时，判断是否有单点的特征点值超过了200，若有，则保留该点，并在周围取另外3个灰度值相对大的点，组成一个四边形的四个点；若无则继续判断；第二种，当显示点正好落在两个像素之间时，判断是否有相邻的两个特征点数值较大，可以按照灰度值128左右进行设置，若有则保留该点，在周围取另外两点，组成一个西变形的四个点；若无则继续判断；第三种，当显示点落在四个像素上是，判断是否有3个以上的特征点相连，并灰度值大约60至80，并保留四个灰度值较大的点组成一个四边形。双线性插值反向计算：通过特征点优化后，得到了四个像素位置以及灰度值，利用双线性插值的反向算法，得出一个经过插值计算的亚像素位置，用于描述显示点位置对应的图像位置；逐个或分批次对显示点进行点亮与关闭，同时相机不断进行图片采集和处理，得到一个与图像像素数量相同的二维位置矩阵并保存；在得到原始图像后，将原始图像利用该二维位置矩阵进行转换，得出新的无畸变图像。本专利技术另提供一种投影类产品畸变纠正方法，与权利要求1的亚像素级畸变校正方法过程相反，使用投影机显示特点的图案或条纹，首先使投影图像的左上角(1,1)投影成白色，其他区域为黑色，通过图像采集分析得出该位置在图像上的实际位置；由于该采集图像为无畸变或畸变已知的装置，因此可以通过在图像上的实际位置计算得出实际的空间位置；该数值与初始位置(1,1)的差值为畸变误差；在得出全部的畸变误差后，在投影前端进行投影图像的反向校正，即将原投影图需要投影到空间位置的像素值转换到到新图像的(1,1)上，对得出的新图像进行投影，即可得到无畸变的投影效果图。有益效果：采用本专利技术可以有效的提高畸变标定的精度，达到亚像素级的畸变纠正效果，大幅改善边缘的标定效果，使视觉类产品可以应用到更精确的场合。对投影设备使用本专利技术可以明显降低投影畸变，改善投影效果，降低光学成本。本产品算法简单，不会影响图像的处理速度，非常适合高精度机器视觉、相机成像畸变纠正、投影畸变校正等领域。附图说明图1为本专利技术实施例提供的亚像素级畸变校正装置结构图。图2为本专利技术实施例提供的亚像素级畸变校正装置显示器布满灯珠示意图。图3为本专利技术实施例提供的亚像素级畸变校正方法及装置的显示器左上灯珠亮起时理论上图像的情况。图4为本专利技术实施例提供的亚像素级畸变校正方法及装置的显示器左上灯珠亮起时实际上图像的情况。具体实施方式为使本专利技术解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全部内容。本实施例以相机1+镜头2的畸变校正为例，主要采用的技术方案为：请参照图1和图2，需要工控机3连接相机与显示器4，所述显示器4放置在相机镜头2正前方，显示面朝向镜头，距离根据相机实际使用的距离确定(如相机使用的工作距离为5m，则显示器也放置在5m的位置)。所述显示器4的尺寸要大于等于相机1与镜头2的成像系统在该距离下的视场大小，在视场内显示器的分辨率要大于等于相机的分辨率。本例中以标准的LED灯珠显示屏为例，所述显示器4上布满超小型可控制的LED灯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种亚像素级畸变校正方法，其特征在于，该校正方法包括以下步骤：工控机控制显示器(4)上的显示点从某一已知点开始点亮，并控制相机(1)进行图像提取和处理；包括以下步骤：步骤100阈值设定：阈值设置为30至40，按照该阈值进行图像的搜索与查找，标记处特征点；步骤200特征点优化：首先对上述的特征点进行滤波，由于可能存在较多的干扰点，要找的点主要分为3种情况：第一种，显示点正好对应落在像素整数位置时，判断是否有单点的特征点值超过了200，若有，则保留该点，并在周围取另外3个灰度值相对大的点，组成一个四边形的四个点；若无则继续判断；第二种，当显示点正好落在两个像素之间时，判断是否有相邻的两个特征点数值较大，可以按照灰度值128左右进行设置，若有则保留该点，在周围取另外两点，组成一个西变形的四个点；若无则继续判断；第三种，当显示点落在四个像素上是，判断是否有3个以上的特征点相连，并灰度值大约60至80，并保留四个灰度值较大的点组成一个四边形；步骤300双线性插值反向计算：通过特征点优化后，得到了四个像素位置以及灰度值，利用双线性插值的反向算法，得出一个经过插值计算的亚像素位置，用于描述显示点位置对应的图像位置；逐个或分批次对显示点进行点亮与关闭，同时相机不断进行图片采集和处理，得到一个与图像像素数量相同的二维位置矩阵并保存；在得到原始图像后，将原始图像利用该二维位置矩阵进行转换，得出新的无畸变图像。...

【技术特征摘要】
1.一种亚像素级畸变校正方法，其特征在于，该校正方法包括以下步骤：工控机控制显示器(4)上的显示点从某一已知点开始点亮，并控制相机(1)进行图像提取和处理；包括以下步骤：步骤100阈值设定：阈值设置为30至40，按照该阈值进行图像的搜索与查找，标记处特征点；步骤200特征点优化：首先对上述的特征点进行滤波，由于可能存在较多的干扰点，要找的点主要分为3种情况：第一种，显示点正好对应落在像素整数位置时，判断是否有单点的特征点值超过了200，若有，则保留该点，并在周围取另外3个灰度值相对大的点，组成一个四边形的四个点；若无则继续判断；第二种，当显示点正好落在两个像素之间时，判断是否有相邻的两个特征点数值较大，可以按照灰度值128左右进行设置，若有则保留该点，在周围取另外两点，组成一个西变形的四个点；若无则继续判断；第三种，当显示点落在四个像素上是，判断是否有3个以上的特征点相连，并灰度值大约60至80，并保留四个灰度值较大的点组成一个四边形；步骤300双线性插值反向计算：通过特征点优化后，得到了四个像素位置以及灰度值，利用双线性插值的反向算法，得出一个经过插值计算的亚像素位置，用于描述显示点位置对应的图像位置；逐个或分批次对显示点进行点亮与关闭，同时相机不断进行图片采集和处理，得到一个与图像像素数量相同的二维位置矩阵并保存；在得到原始图像后，将原始图像利用该二维位置矩阵进行转换，得出新的无畸变图像。2.一种亚像素级畸变校正装置，其特征在于，工控机(3)数据连接相机(1)与显示器(4)，所述显示器(4)放置在相机镜头(2)正前方，显示面朝向镜头(2)；所述显示器(4)的尺寸要大于等于相机(1)与镜头(2)的成像系统在使用距离下的视场大小，在视场内显示器的分辨率大于等于相机(1)的分辨率；工控机控制显示器(4)上的显示点从某一已知点开始点亮，并控制相机(...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭右利，付瑶，
申请(专利权)人：大连鉴影光学科技有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21