一种鱼眼镜头标定后鱼眼图像校正的方法技术

本发明专利技术属于数字图像处理领域，公开一种鱼眼镜头标定后鱼眼图像校正的方法，首先建立了完整的鱼眼摄像机投影和畸变模型，该模型是一种通用的鱼眼模型，使用自制的平面标定板并利用该通用模型实现鱼眼摄像机的模型参数的标定，并利用标定后的镜头畸变参数把鱼眼圆形畸变图像还原为满足人眼视觉效果的透视图像。本发明专利技术是基于平面棋盘格的鱼眼镜头标定和鱼眼畸变校正方法，非常适用于视觉导航、移动监控等场合。本发明专利技术提出的方法，不仅可以适用于圆形鱼眼图像还可以对不完整的鱼眼图像进行校正。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术属于数字图像处理领域，公开，首先建立了完整的鱼眼摄像机投影和畸变模型，该模型是一种通用的鱼眼模型，使用自制的平面标定板并利用该通用模型实现鱼眼摄像机的模型参数的标定，并利用标定后的镜头畸变参数把鱼眼圆形畸变图像还原为满足人眼视觉效果的透视图像。本专利技术是基于平面棋盘格的鱼眼镜头标定和鱼眼畸变校正方法，非常适用于视觉导航、移动监控等场合。本专利技术提出的方法，不仅可以适用于圆形鱼眼图像还可以对不完整的鱼眼图像进行校正。【专利说明】
本专利技术涉及数字图像处理
，更具体地，涉及一种鱼眼镜头标定后畸变图 像还原的方法。
技术介绍
鱼眼镜头一次就能获取接近半球面的场景信息，使用方便，但鱼眼镜头所获取的 鱼眼图像具有非常严重的变形，较大的图像畸变不利于人眼观察和机器识别。想要利用这 些具有严重变形图像的信息，就需要将发生畸变的图像校正为透视投影图像。在许多应用 中，对畸变进行校正是必要环节，而校正处理的算法的前处理部分一般是摄像机标定获得 模型参数。摄像机标定是实现鱼眼畸变校正的首要环节，是鱼眼镜头在图像畸变校正中的 关键研究点；鱼眼镜头标定算法是一类精确恢复图像畸变的方法，它通过建立鱼眼镜头特 定的成像模型，然后用标定装置得到鱼眼镜头变形校正参数的先验信息，最后利用获得的 校正参数来校正图像，由于考虑了鱼眼成像的各种畸变，相对更加精确。一般标定的算法主 要针对特定的鱼眼镜头，并且需要相应的标定模版，如平面棋盘版或网格版等。从上文的介 绍可以看出，通过鱼眼镜头组成的鱼眼摄像机拍摄的图片需要进行特殊处理才符合人眼视 觉或机器识别，摄像机标定和鱼眼图像的畸变校正是处理的方法之一，也是鱼眼镜头在各 个领域应用中的基础。 国内也有很多鱼眼校正算法把镜头标定用图像处理来替代，而忽略镜头标定这一 环节。它们主要集中精力在鱼眼圆形图像的变形处理上，通过图像预处理来进行点提取，直 线提取，边缘检测等来获取畸变参数，由于处理方法不涉及成像模型，参数也是基础模型下 的理想化的参数，误差大，虽然可以达到校正效果，但结果不理想。从另一方面看，通过图像 预处理的方法无形中也加大了算法的复杂性。
技术实现思路
本专利技术目的是解决对鱼眼镜头所成影像造成的畸变的问题，提供一种鱼眼镜头标 定后鱼眼图像校正的方法，是对鱼眼镜头进行标定和标定后对其畸变图像校正的方法。 为了解决上述问题，本专利技术的技术方案为： ，包括： SI.建立完整的鱼眼摄像机投影和崎变|吴型，并在|吴型上建立鱼眼成像关系； S2.由鱼眼镜头与配套摄像模块组成鱼眼摄像机，并自制平面棋盘标定板，再利用 鱼眼摄像机拍摄平面棋盘格采集图片来标定鱼眼镜头； S3.鱼眼镜头标定后，利用相关标定参数对鱼眼畸变图像进行畸变校正。 其中，步骤Si的建立完整的鱼眼摄像机投影和畸变模型的具体过程为： 设空间场景点X = 在鱼眼图像上的成像点为P = τ ;鱼眼摄像 机投影成像的完整模型由以下方程描述： 【权利要求】1. ，其特征在于，包括：51. 建立完整的鱼眼摄像机投影和畸变模型，并在模型上建立鱼眼成像关系；52. 由鱼眼镜头与配套摄像模块组成鱼眼摄像机，并自制平面棋盘标定板，再利用鱼眼 摄像机拍摄平面棋盘格采集图片来标定鱼眼镜头；53. 鱼眼镜头标定后，利用相关标定参数对鱼眼畸变图像进行畸变校正。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤Sl的建立完整的鱼眼摄像机投影和 畸变模型的具体过程为： 设空间场景点X= 在鱼眼图像上的成像点为p= τ ;鱼眼摄像机投 影成像的完整模型由以下方程描述： ，Reso⑶，FeiT; f(P)代表鱼眼镜头的曲面多项式模型，f(P)中的参数为㈨如七七七^公式描述为：f(P) =a0+ajP+a2P+?P+a4P(2) 其中P对应于鱼眼图像像素点到成像中心的距离，p= +V2 ; P关于Θ的多项式称为畸变多项式，P关于Θ的多项式模型表不为： P=bg+bjΘ+b2Θ2^b3Θ3+b4θ4+. . . +bnΘn (3) 其中Θ是入射光线与单位球Z轴正方向的夹角；多项式系数称之为畸变系数，表示为 b〇，bi，bg，bg，b'，· · ·； 增加参数来描述更精确的模型；即通过一个仿射变换达到精确描述的目地，即： it'~\ 「￡i/lfli]「Α:] = + (4) "V'JLe1JLvJLx-" 其中c,d,e为参数，（u' ,ν')为真实坐标，（u,v)为理想坐标，（x。，y。）为图像中心 坐标； 上式表示为：u' =Au+t (5) CJl X 其中AeR2x2 和teR，d= ?I= ￡ ; /1J 对鱼眼摄像机进行标定就是估计P= a2,a3,a4,A,t这些参数；其中矩阵 R，T称之为外部参数；&(|，&1，a2,a3,a4、A，t称之为内部参数；要校正鱼眼畸变图像，只需要 使用内部参数。3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S2的标定鱼眼镜头的步骤包括：521. 自制平面棋盘标定板，鱼眼摄像机对棋盘标定板采集N幅图片，其中N>> 1 ;读 取所有的棋盘格拍摄图像；522. 在每张棋盘格图像上自动选取棋盘格的黑白交叉顶点；523. 估计外部参数和内部参数；524. 线性优化。线性优化通过奇异值分解可以方便解决。525. 中心提取，利用投影点的直观性，把A=I和t=O条件下的中心位置作为初始 值，计算出新的中心位置；再使用计算的新中心位置作为下一次初始值，进行多次迭代，每 一次计算投影误差，并求出均方误差，使误差满足需要的条件，并保证有局部最小值，从而 确定优化后的中心位置；526. 非线性优化，基于最大似然准优化获得的内外部参数，作为标定参数，选取需要的 最终用于鱼眼图像校正使用。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤S23估计外部参数和内部参数的过程 为： 拍摄平面标定板i幅图片，这样对于每一幅拍摄图片，能够得到：其中<?是Ri的列向量；上标i表示第i幅标定板拍摄照片，下标j表示第i幅标定 板照片的第j个点；X、Y分别为空间场景的横坐标和纵坐标；T为外部参数，Γ€W% 对式（6)两边进行叉乘运算，由于Pjxpl=O，则：对第i幅标定板图像上的第j个图像点Pj能够得到三个齐次方程，即： %I?ζ：vJ(r31XJ+r32YJ+t3)-g(pj) (r21Xj+r22Yj+t2) = 0 第II式：g(P j) O11X^r12YjIt1)-UjO 31XjIr32Yft3) = 0 第III式:Uj (r21Xj+r22Yj+t2)-VjCr11XjIr12Yj+!^) = 0 其中Xj，Yj，Zj和Uj，Vj是已知的，通过第III式求出rn，r12，:T21，:r22,tpt2 ; 把所有待求项放入一个列向量H，即H= τ ; L表示标定板上有L个点，把第III式改写为： M·H=O 其中M在I|H|K= 1的条仵下，通过最小平方准则最小化I|M·Η|K能够线性估计出H;由于IVr2是标准正交，r31，:T32也能够唯一的确定；然后对每一幅标本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种鱼眼镜头标定后鱼眼图像校正的方法，其特征在于，包括：S1.建立完整的鱼眼摄像机投影和畸变模型，并在模型上建立鱼眼成像关系；S2.由鱼眼镜头与配套摄像模块组成鱼眼摄像机，并自制平面棋盘标定板，再利用鱼眼摄像机拍摄平面棋盘格采集图片来标定鱼眼镜头；S3.鱼眼镜头标定后，利用相关标定参数对鱼眼畸变图像进行畸变校正。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谭洪舟，曾庆立，郑亮，陈荣军，朱雄泳，其他发明人请求不公开姓名，
申请(专利权)人：中山大学，广州市花都区中山大学国光电子与通信研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44