一种基于球面模型的鱼眼图像校正法制造技术

本发明专利技术属于光电产品应用技术领域，具体涉及一种基于球面模型的鱼眼图像校正法。共分为三个步骤：一、利用球面透视投影约束获得变形参数；二、把平面坐标转换为球面坐标；三、把球面坐标按经纬映射表示得到校正之后的结果图。用此法校正后的图像未漏任何信息，算法快速准确，能满足本系统的要求。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术属于光电产品应用
，具体涉及。共分为三个步骤：一、利用球面透视投影约束获得变形参数；二、把平面坐标转换为球面坐标；三、把球面坐标按经纬映射表示得到校正之后的结果图。用此法校正后的图像未漏任何信息，算法快速准确，能满足本系统的要求。【专利说明】
本专利技术属于光电产品应用
，具体涉及一种基于球面模型的鱼眼图像校正 法。
技术介绍
鱼眼图像校正算法有两种方式： -、从2D和3D空间对鱼眼图像进行变形校正展开： (I) 2D鱼眼图像变形校正。直接确定待校正图像与变形图像上对应点坐标的变换， 接着进行像素灰度插值。 (2) 3D鱼眼图像变形校正。有鱼眼镜头标定和投影转换两种方法。鱼眼镜头标定 算法可以精确恢复，建立鱼眼镜头变形模型之后，因为鱼眼镜头成像有薄棱镜畸变等各种 畸变模型，所以还需建立精确的鱼眼镜头成像模型，然后通过实验和目标函数来求出鱼眼 镜头的内外参数，以达到精确恢复鱼眼图像变形的目的。投影转换算法是将鱼眼图像转换 成透视投影的图像。根据图像的像素点和对应光线3D向量间的关系来实现校正。 二、从鱼眼镜头成像的两种投影模型来分析： (1)球面投影模型。把鱼眼镜头成像面看作球面，虽简便有效但需先知道鱼眼图像 的光学中心以及变换球面的半径。 (2)抛物面成像模型。把鱼眼镜头成像面看作抛物面，在恢复场景深度时运用可得 到更精确的效果，但计算过于复杂。 代表性算法有： 1、球面坐标定位法 先对鱼眼图像求取中心点和标准圆变换，之后进行球面坐标定位。 2、多项式坐标变换算法 该方法是空间坐标变换的一种变形校正算法，较简单，用于描述理想图与畸变图 之间的地址映射。 3、球面透视投影约束算法 此法使用的约束是：在球面透视模型中，场景中的直线应投影成球面图像上的大 圆。所选的投影曲线应在鱼眼图像上均匀分布，以得到变形校正参数的无偏估计。这些采 样点通过变形校正参数可映射为球面点，建立的目标函数是这些球面点到相应拟合大圆的 球面距离的平方和，变形校正参数通过最小化目标函数来恢复。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供，以满足系 统对校正算法的要求。 为了实现这一目的，本专利技术采取的技术方案是： ，包括以下步骤： (1)选择球面透视模型； (2)获得变形参数 在球面透视投影模型中，选取空间一条直线AB，设定其理想像为直线a' b';由 于在球面透视投影中存在畸变，得到的实际像为曲线ab，曲线ab即空间直线AB所成的鱼眼 图像； 选取球面透视投影模型中任意一点A，A点经过球面映射到A'，A'经过球面透镜 非线性映射成像到a a = D(A/ ) (I) D称为鱼眼变形模型；D是可逆的： A1 =D-1 (a) (2) D4称为鱼眼变形校正模型； A' B'是AB对应的单位球面透镜投影图像，它在单位球体的大圆c之中； 像点b的极坐标为（r，Θ )，对应B'点的球面坐标为?.#)，选取3次多项式对其 拟合： 【权利要求】1. ，其特征在于，包括以下步骤： (1) 选择球面透视模型； (2) 获得变形参数： 在球面透视投影模型中，选取空间一条直线AB，设定其理想像为直线a'b';由于在 球面透视投影中存在畸变，得到的实际像为曲线ab，曲线ab即空间直线AB所成的鱼眼图 像； 选取球面透视投影模型中任意一点A，A点经过球面映射到A'，A'经过球面透镜非线 性映射成像到a a=D(A'） (I) D称为鱼眼变形模型；D是可逆的：k'=D-1 (a) (2) D4称为鱼眼变形校正模型； A'B'是AB对应的单位球面透镜投影图像，它在单位球体的大圆c之中； 像点b的极坐标为（r，Θ)，对应B'点的球面坐标为选取3次多项式对其拟 合：需校正Ic1,c2,c3, &1，a2}这5个畸变校正参数，此法使用的约束是：在球面透视模型中， 场景中的直线投影成球面图像上的大圆；所选的投影曲线在鱼眼图像上均匀分布，以得到 变形校正参数的无偏估计；这些采样点通过变形校正参数映射为球面点，建立的目标函数 是这些球面点到相应拟合大圆的球面距离的平方和，变形校正参数通过最小化目标函数来 恢复； 设P(外为单位球面上的任意点，球面点P⑷，6〇到大圆（φ，Θ)的球面距离：用L表示所选的曲线条数，用％ (j=l，2,…L)表示各曲线上的采样点数，目标函数为：上式中Φ」与Oj是与曲线j相对应的最优拟合大圆的坐标，（I,是与曲线j上 的第i(i=l, 2,…Nj)个采样点相对应的球面点的球面坐标； 大圆的法向量与曲线j上所有采样点对应的球面坐标正交，假设平面法向量为η」，其对 应的球面坐标为则有：大圆坐标（Φ，Θ)即是超定方程组的解，用同样的方法可以将所有大圆坐标求出； (3) 获得球面坐标： 将球面坐标系P⑷W)纬度展开成垂直坐标，经度展开成水平坐标； 半球面展开后是正方形图；将鱼眼图像点P(r，Θ)通过参数{Cl，c2,c3,ai，a2}用公式(3)转换成球面坐标_'，），P'是P向XOZ平面投影得到的垂足，P''是P向XOY平 面投影得到的垂足，OP与Z轴的夹角即为<，OP''与X轴正方向的夹角即为θ';由 图5可推出0Ρ'与X轴正方向的夹角a=arcctan(tanp'cos6〇，OP与Y轴正方向的夹角 /?=arccos(sin^sin^O, (4) 将球面坐标按经纬映射进行展开： 按地理常识对经纬度进行定义：北纬为位于X轴上方的点，南纬为位于X轴下方的点， 赤道为位于X轴上的点；西经为位于y轴左边的点，东经为位于y轴右边的点； 经度的计算公式：纬度的计算公式：以点P为例，该点对应的极坐标为（r，Θ)，通过公式（3)可得出其球面坐标 利用公式（6) (7)计算出经度ξ和纬度〇，在图6可以按照这两个坐标找到其对应的校正 点；对图像中每个像素都这样计算，即可将鱼眼图像还原。【文档编号】G06T5/00GK104463791SQ201310447453【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年9月25日 优先权日:2013年9月25日 【专利技术者】周刊 申请人:北京环境特性研究所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于球面模型的鱼眼图像校正法，其特征在于，包括以下步骤： （1）选择球面透视模型； （2）获得变形参数： 在球面透视投影模型中，选取空间一条直线AB，设定其理想像为直线a′b′；由于在球面透视投影中存在畸变，得到的实际像为曲线ab，曲线ab即空间直线AB所成的鱼眼图像； 选取球面透视投影模型中任意一点A，A点经过球面映射到A′，A′经过球面透镜非线性映射成像到a a＝D(A')         (1) D称为鱼眼变形模型；D是可逆的： A′＝D‑1(a)          (2) D‑1称为鱼眼变形校正模型； A′B′是AB对应的单位球面透镜投影图像，它在单位球体的大圆c之中； 像点b的极坐标为(r,θ)，对应B′点的球面坐标为选取3次多项式对其拟合：需校正{c1,c2,c3,a1,a2}这5个畸变校正参数，此法使用的约束是：在球面透视模型中，场景中的直线投影成球面图像上的大圆；所选的投影曲线在鱼眼图像上均匀分布，以得到变形校正参数的无偏估计；这些采样点通过变形校正参数映射为球面点，建立的目标函数是这些球面点到相应拟合大圆的球面距离的平方和，变形校正参数通过最小化目标函数来恢复； 设为单位球面上的任意点，球面点到大圆(Φ,Θ)的球面距离：用L表示所选的曲线条数，用Nj（j=1,2,…L）表示各曲线上的采样点数，目标函数为： 上式中Φj与Θj是与曲线j相对应的最优拟合大圆的坐标，是与曲线j上的第i(i=1,2,…Nj)个采样点相对应的球面点的球面坐标；大圆的法向量与曲线j上所有采样点对应的球面坐标正交，假设平面法向量为nj，其对应的球面坐标为则有：大圆坐标(Φ,Θ)即是超定方程组的解，用同样的方法可以将所有大圆坐标求出； （3）获得球面坐标： 将球面坐标系纬度展开成垂直坐标，经度展开成水平坐标；半球面展开后是正方形图；将鱼眼图像点P(r,θ)通过参数{c1,c2,c3,a1,a2}用公式（3）转换成球面坐标P′是P向XOZ平面投影得到的垂足，P′′是P向XOY平面投影得到的垂足，OP与Z轴的夹角即为OP′′与X轴正方向的夹角即为θ′；由图5可推出OP'与X轴正方向的夹角OP与Y轴正方向的夹角（4）将球面坐标按经纬映射进行展开： 按地理常识对经纬度进行定义：北纬为位于x轴上方的点，南纬为位于x轴下方的点，赤道为位于x轴上的点；西经为位于y轴左边的点，东经为位于y轴右边的点； 经度的计算公式： 纬度的计算公式： 以点p为例，该点对应的极坐标为(r,θ)，通过公式(3)可得出其球面坐标利用公式(6)(7)计算出经度ξ和纬度σ，在图6可以按照这两个坐标找到其对应的校正点；对图像中每个像素都这样计算，即可将鱼眼图像还原。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周刊，
申请(专利权)人：北京环境特性研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11