一种鱼眼镜头图像的展平方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种鱼眼镜头图像的展平方法，针对成像器的有效区域的边缘，计算出展平前该区域边界的坐标，然后通过计算出的边界点连接得到边界曲线，属于该边界曲线内部的区域作为可展平的取景区域，最后在所述取景区域内取点，计算还原后该点的坐标值，得到还原后的图像。该方式实现了鱼眼镜头图像的展平，计算方法简单，可以在图像处理前直接在相机端实现图像的展平，大大减少了后端图像处理芯片的负荷，可以输出流畅的视频。

【技术实现步骤摘要】
一种鱼眼镜头图像的展平方法及系统
本专利技术涉及一种图像处理方法，具体地说是一种高清全景相机图像的展平方法及系统。
技术介绍
随着视频监控产品的发展，人类对于视频监控的需求也从没有到有的基本条件逐步过渡到要求彩色、动态、连续的中级阶段，进而深入到高清、网络、全面、夜视、智能分析等的包括前端信号采集、中段信号传输、后端信号存储显示处理的高级阶段。近年来，视频监控行业保持高速增长，包括从前端相机到后端显示存储的所有产品及技术都在高速进步中。从城市到郊区，进而到农村；从长长的同轴电缆到光纤；从模拟相机到数字相机，都在不同程度展示着科技的进步。然而，传统相机因成像器和镜头的匹配及镜头的品质等原因，都不同程度存在盲区的问题，即"看不见"。高速球虽然一定程度上改善了看不见的问题，但仍然有瞬时死角无法克服。全景相机凭借其广大的视角赢得了人们的青睐，全景相机采用鱼眼镜头，鱼眼镜头是根据仿生学原理仿照鱼眼结构设计加工的镜头，视场角可超过180度。现市面可见之全景相机基本上采用如下方式，即成像器尺寸大于鱼眼镜头的成像圆尺寸，以便可以取到全景(所谓360度)，事实上有两个原因导致实际效果要差很多：首先是像素浪费的问题，成像器如果是1/2.7"，300万像素4:3，因鱼眼镜头成像圆内切于成像器有效区域，如图1，实际有效成像像素＝300*S2/S1＝300*58％＝174万像素，即有效像素利用率仅58％，这个无疑会造成较大的浪费；其次是鱼眼镜头视场存在的问题，虽然鱼眼镜头的视场角有180度或更大，但因靠近视场边缘的区域不但畸变最大，而且每个像素对应的角分辨率越低，即每个像素对应的实际区域越大，特别是在靠近90度的区域，故部分图像无法真实复原。如图2中表格所示。此外，鱼眼镜头是由光学镜片和镜筒组成的。镜片加工是根据设计值制作研磨抛光磨边治具、校准后利用这些治具对玻璃毛胚进行相应的加工而成的(暂不考虑后工序如镀膜涂边等)，整个镜头系统的误差主要来源于光学镜片的加工误差及光学镜片的支撑结构的累积误差。虽然全景相机可以弥补传统相机视角窄的问题，却一直存在图像变形大、不符合人们的日常视觉习惯的致命缺陷。因此，采用鱼眼镜头拍摄的图片，都需要进行图像展开后的还原和恢复。如中国专利文献CN101814181A中公开了一种鱼眼镜头图像复原的展开方法，该方法包括建立鱼眼镜头图像的符合等距投影原理的球面成像模型，建立展开窗口坐标系与展开图像坐标系，并求出这两个坐标系之间的关系，建立展开图像坐标系与相机坐标系的关系，求出展开图像坐标系与鱼眼镜头图像坐标系之间的关系，最后可以得到指定任意方向的全部展开图像。虽然该方案可以实现鱼眼镜头图像的复原，但是由于其计算量大，主要用于视频图像回传到计算机后的图像处理，很难在相机端进行图像展平。此外，由于鱼眼镜头图像的边缘区域，如70度以外的区域，由于此部分图像将实物图像压缩到一定程度，导致像高小于成像器像素点，由于存在这一自然缺陷，这部分图像无法完全复原，对该部分图像的处理无疑增大了数据量却不能得到好的效果。
技术实现思路
为此，本专利技术所要解决的技术问题在于现有技术中的鱼眼镜头图像复原的展开方法计算量大、无用区域多，从而提出一种减少了计算量、避免对无用区域的计算的鱼眼镜头的图像的展平方法及系统。为解决上述技术问题，本专利技术的提供一种鱼眼镜头图像的展平方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：计算全局展平比例Sc，采用以下公式其中，x1为有效成像区域宽，f为鱼眼镜头焦距；S2：针对成像器有效区域的边缘，计算出展平前的点坐标，公式如下：(xb,yb)为有效区域边缘取点坐标，k为点与坐标系中心连线的斜率；为点(xb,yb)对应的展平前的视场角，h为点(xb,yb)对应的展平前像高；(xe,ye)为(xb,yb)对应的边界点；S3：将上述计算出的边界点连接得到边界曲线，属于该边界曲线内部的区域作为可展平的取景区域；S4：在所述取景区域内取点，计算还原后该点的坐标值，得到还原后的图像，计算公式如下(x0、y0)是在取景区域内取点的原坐标，x'0、y'0是计算出的展开后的图像的坐标。优选地，在所述步骤S4之后，还包括对因加工误差带来的系统误差进行修正的过程。优选地，在所述步骤S1之前，还包括：配置鱼眼镜头的成像圆和成像器的有效区域，使得所述成像器的有效区域内接于所述鱼眼镜头的成像圆。优选地，在所述步骤S1之前，还包括：调整镜头相对成像器工作区域的位置，使得镜头光轴与成像器中心重合。优选地，还包括镜头相对成像器的调整机构，通过该调整机构实现镜头光轴与成像器的中心重合。优选地，在所述步骤S2中，针对成像器有效区域的边缘，以任意步长取点，来计算出展平前的点坐标。优选地，所述步长为1-10个像素点。优选地，所述步长为1或2个像素点。优选地，在所述步骤S4中，取屏幕中心作为计算起始点。此外，还提供一种使用上述展平方法的鱼眼镜头图像的展平系统，包括：全局展平比例计算模块：计算全局展平比例Sc，采用以下公式其中，x1为有效成像区域宽，y1为有效成像区域高，f为鱼眼镜头焦距；边界计算模块：针对成像器有效区域的边缘，计算出展平前的点坐标，采用以下公式：(xb,yb)为有效区域边缘取点坐标，k为点与坐标系中心连线的斜率；为点(xb,yb)对应的展平前的视场角，h为点(xb,yb)对应的展平前像高；(xe,ye)为(xb,yb)对应的边界点；取景区域设定模块：将上述计算出的边界点连接得到边界曲线，属于该边界曲线内部的区域作为可展平的取景区域；展平模块：在所述取景区域内取点，计算还原后该点的坐标值，得到还原后的图像，采用如下公式：(x0、y0)是在取景区域内取点的原坐标，x'0、y'0是计算出的展开后的图像的坐标。本专利技术的上述技术方案相比现有技术具有以下优点，(1)本专利技术提供一种鱼眼镜头图像的展平方法，针对成像器的有效区域的边缘，计算出展平前该区域边界的坐标，然后通过计算出的边界点连接得到边界曲线，属于该边界曲线内部的区域作为可展平的取景区域，最后在所述取景区域内取点，计算还原后该点的坐标值，得到还原后的图像。该方式实现了鱼眼镜头图像的展平，计算方法简单，可以在图像处理前直接在相机端实现图像的展平，大大减少了后端图像处理芯片的负荷，可以输出流畅的视频。本方案不仅采用等距投影，而是根据鱼眼镜头视场角大的特点，将尽可能多的成像区域都进行等比例缩放，铺满整个成像器，展平后的视场角虽然比展平前小，但是远远大于普通镜头所能捕捉的图像范围。该方案解决了现有技术中鱼眼镜头图像复原的展开方法计算量大、无用区域多的技术问题，提供了一种计算量小、避免对无用区域的计算的鱼眼镜头的图像的展平方法及系统。(2)本专利技术所述的鱼眼镜头图像的展平方法，所述成像器的有效区域内接于所述鱼眼镜头的成像圆，使得成像器的有效面积得以充分利用，无成像器的浪费，与现有技术中的设置方式相比，大大提高了成像器的利用率。(3)本专利技术所述的鱼眼镜头图像的展平方法，还包括对因加工误差带来的系统误差进行修正的过程，在计算完成后对由于设备生产过程中的误差造成的系统误差进行修正，提高了该处理后的图像的准确程度。(4)本专利技术所述的鱼眼镜头图像的展平方法，通过增加镜头相对成像器的调整结构调整镜头相对成像器工作区域的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种鱼眼镜头图像的展平方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：计算全局展平比例Sc，采用以下公式Sc=x12f×tan(x12f)]]>其中，x1为有效成像区域宽，y1为有效成像区域高，f为鱼眼镜头焦距；S2：针对成像器有效区域的边缘，计算出展平前的点坐标，公式如下：(xb,yb)为有效区域边缘取点坐标，k为点与坐标系中心连线的斜率；为点(xb,yb)对应的展平前的视场角，h＝f×φ；h为点(xb,yb)对应的展平前像高；xe=f×atan(xb2+yb2f×Sc)1+(ybxb)2,ye=f×atan(xb2+yb2f×Sc)1+(xbyb)2;]]>(xe,ye)为(xb,yb)对应的边界点；S3：将上述计算出的边界点连接得到边界曲线，属于该边界曲线内部的区域作为可展平的取景区域；S4：在所述取景区域内取点，计算还原后该点的坐标值，得到还原后的图像，计算公式如下(x0、y0)是在取景区域内取点的原坐标，x′0、y′0是计算出的展开后的图像的坐标。

【技术特征摘要】
1.一种鱼眼镜头图像的展平方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：计算全局展平比例Sc，采用以下公式其中，x1为有效成像区域宽，f为鱼眼镜头焦距；S2：针对成像器有效区域的边缘，计算出展平前的点坐标，公式如下：(xb,yb)为有效区域边缘取点坐标，k为点与坐标系中心连线的斜率；为点(xb,yb)对应的展平前的视场角，h为点(xb,yb)对应的展平前像高；(xe,ye)为(xb,yb)对应的边界点；S3：将上述计算出的边界点连接得到边界曲线，属于该边界曲线内部的区域作为可展平的取景区域；S4：在所述取景区域内取点，计算还原后该点的坐标值，得到还原后的图像，计算公式如下(x0、y0)是在取景区域内取点的原坐标，x'0、y'0是计算出的展开后的图像的坐标。2.根据权利要求1所述的鱼眼镜头图像的展平方法，其特征在于，在所述步骤S4之后，还包括对因加工误差带来的系统误差进行修正的过程。3.根据权利要求1或2所述的鱼眼镜头图像的展平方法，其特征在于，在所述步骤S1之前，还包括：配置鱼眼镜头的成像圆和成像器的有效区域，使得所述成像器的有效区域内接于所述鱼眼镜头的成像圆。4.根据权利要求3所述的鱼眼镜头图像的展平方法，其特征在于，在所述步骤S1之前，还包括：调整镜头相对成像器工作区域的位置，使得镜头光轴与成像器中心重合。5.根据权利要求4所述的鱼眼镜头图像的展平方法，其特征在于，还包括镜头相对成像器的调整机...

【专利技术属性】
技术研发人员：张华辉，朱忻，高坚，谈捷，
申请(专利权)人：张家港恩达通讯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32