基于B样条曲面拟合的摄像头畸变矫正方法、系统及介质技术方案

本发明专利技术提供了一种基于B样条曲面拟合的摄像头畸变矫正方法、系统及介质，包括：将摄像头固定在距离目标平面预定距离的位置，拍摄目标平面上的网格纸得到网格图；对网格图进行图像细化，得到网格图的单像素骨架网络；找出单像素骨架网络中的格点生成德洛内三角网络，并对格点进行排序；根据中央处格点建立笛卡尔坐标，进行笛卡尔坐标旋转变换，计算各格点误差坐标；对格点的实际坐标和误差坐标进行B样条曲面拟合，得到实际坐标与X和Y轴两方向的畸变误差的曲面关系；根据畸变误差的曲面关系，对所述摄像头拍摄的所述目标平面的任意图片进行畸变矫正。本发明专利技术简单高效，在矫正精度、矫正效率等方面能很好的满足固定场景下畸变矫正的需要。

Camera distortion correction method, system and media based on B-spline surface fitting

【技术实现步骤摘要】
基于B样条曲面拟合的摄像头畸变矫正方法、系统及介质
本专利技术涉及摄像头畸变矫正领域，具体地，涉及基于B样条曲面拟合的摄像头畸变矫正方法、系统及介质。
技术介绍
一般消费级摄像头拍摄时会因为几何关系等产生畸变，算法矫正是消除消费级摄像头畸变的主要途径，国内已有的矫正算法如张正友棋盘标定法等可以完成对拍摄的较高精度矫正。公开号CN106600546A公开了一种超广角摄像头畸变矫正方法及系统，根据超广角摄像头的成像模型，将超广角摄像头拍摄的原始图像投影至全景球面，得到球面全景图像；以所述全景球面的球心为起点，将所述球面全景图像投影至矫正平面上，得到畸变矫正后的输出图像。而在工程项目中进行摄像头矫正时，一般摄像头与目标平面相对固定，此时采用张正友棋盘法需要对网格纸进行多角度拍摄，其过程会显得十分繁琐，且该算法的效率，精度及稳定性也需要进一步改善。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于B样条曲面拟合的摄像头畸变矫正方法、系统及介质。根据本专利技术提供的一种基于B样条曲面拟合的摄像头畸变矫正方法，包括：网格图拍摄步骤：将摄像头固定在距离目标平面预定距离的位置，拍摄目标平面上的网格纸得到网格图；图像细化步骤：对网格图进行图像细化，得到网格图的单像素骨架网络；格点排序步骤：找出单像素骨架网络中的格点生成德洛内三角网络，并对格点进行排序；误差坐标计算步骤：根据中央处格点建立笛卡尔坐标，进行笛卡尔坐标旋转变换，计算各格点误差坐标；曲面关系计算步骤：对格点的实际坐标和误差坐标进行B样条曲面拟合，得到实际坐标与X和Y轴两方向的畸变误差的曲面关系；矫正步骤：根据畸变误差的曲面关系，对所述摄像头拍摄的所述目标平面的任意图片进行畸变矫正。优选地，所述网格纸的大小以及在所述目标平面上的摆放位置满足所述摄像头将所述网格纸完整的拍摄在所述网格图中。优选地，在对网格图进行图像细化之前还包括对网格图进行灰度和二值化处理。优选地，所述图像细化包括：对网格图使用zhang-suen细化算法，定义非背景点的色值为1,背景点的色值为0，根据zhang-suen细化算法判断每一个点与周围八个点的色值关系，遍历所有点，筛选出可细化的非背景点进行删除；若非背景点周围八点存在任一非背景点，则定义两点连通，根据删除非背景点是否会造成周围八个点不连通，来对非背景点进行删除，由此得到单像素骨架；根据骨架的单像素性，遍历所有非背景点，若存在非背景点，满足周围八个点的色值中只有一个点为1，则删除该非背景点，并在该非背景点周围八个点继续进行判断，若满足则继续删除然后再次在周围八点进行判断，直至不满足该判断为止。优选地，所述对格点进行排序包括：设定最小角阈值，根据最小角阈值删除网格图边缘处的扁平三角型后，取德洛内三角网格的4个角点之一作为起点，根据点、边和三角的关系找到网格中的所有行和列，将所有点划分到行与列中，实现对格点的排序。优选地，所述建立笛卡尔坐标包括：取最接近网格图中心的格点作为基准格点作为原点，取序号相邻的两格点作为X轴，并以两格点距原点距离中较小的距离作为单位长度建立笛卡尔坐标系。优选地，所述笛卡尔坐标旋转变换包括：旋转将笛卡尔坐标到与网格图自身格点的行与列的像素坐标轴平行。优选地，所述曲面关系计算步骤包括：分别以X和Y轴两方向的误差坐标作为Z坐标，实际坐标作为X和Y轴坐标来拟合两个误差曲面，其中任意一个曲面的拟合方法为：取格点的XY轴坐标及误差坐标作为Z轴坐标生成控制点，根据控制点集进行B样条拟合曲面，利用最小二乘法进行曲线逼近；沿对应每行的X或Y轴方向，整个像素坐标上有若干行经过格点，其余行不经过；对经过格点的若干行及每行格点对应控制点，在上一步已通过B样条曲面拟合获得每行的误差曲线，应用最小二乘法使误差曲线进一步逼近控制点，由此获得这若干行的新误差曲线，取新误差曲线上的每一个点组成新控制点集；然后再沿Y或X轴方向每列都根据新控制点进行最小二乘曲线逼近，获得新的误差曲面。根据本专利技术提供的一种基于B样条曲面拟合的摄像头畸变矫正系统，包括：网格图拍摄模块：将摄像头固定在距离目标平面预定距离的位置，拍摄目标平面上的网格纸得到网格图；图像细化模块：对网格图进行图像细化，得到网格图的单像素骨架网络；格点排序模块：找出单像素骨架网络中的格点生成德洛内三角网络，并对格点进行排序；误差坐标计算模块：根据中央处格点建立笛卡尔坐标，进行笛卡尔坐标旋转变换，计算各格点误差坐标；曲面关系计算模块：对格点的实际坐标和误差坐标进行B样条曲面拟合，得到实际坐标与X和Y轴两方向的畸变误差的曲面关系；矫正模块：根据畸变误差的曲面关系，对所述摄像头拍摄的所述目标平面的任意图片进行畸变矫正。根据本专利技术提供的一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的基于B样条曲面拟合的摄像头畸变矫正方法的步骤。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：本专利技术简单高效，在矫正精度、矫正效率等方面能很好的满足固定场景下畸变矫正的需要。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术的流程图；图2为本专利技术实施例拍摄的原始网格图；图3为本专利技术实施例矫正后的网格图；图4本专利技术实施例中原始格点的位置示意图；图5本专利技术实施例中矫正后的格点的位置示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。参考图1，图1所示为基于B样条曲面拟合的摄像头高精度畸变矫正办法流程图，包括如下步骤：针对某一需求的特定场景，将摄像头固定距离在目标平面指定位置，在目标平面上摆放一张矫正用网格纸；所述实际场景的具体摆放设置为，摄像头按照所需的距离固定在相对于目标平面的指定位置，网格纸固定在目标平面上，网格纸的摆放位置和大小应保证摄像头能将网格纸完整拍摄在照片中，且能在照片中清晰的辨认网格纸的各个格点。操作摄像头对网格纸进行一次拍摄，通过计算机将拍摄图片转换为灰度图并进行二值化处理；对处理后图片采用图像细化算法，使用zhang-suen细化算法使图片细化，通过连通关系删减像素点使其转化为单像素骨架，对由于噪点和模糊等原因产生的多余骨架进行删除，获得网格图的单像素骨架网格；对细化后的网格图，找出骨架网格的各个格点，对所得格点集生成德洛内三角网络，设定最小角阈值，根据阈值删除网格边缘处的扁平三角型后，取三角网格的4个角点之一作为起点，根据点，边和三角的关系可找到网格中的所有行和列，最终将所有点划分进行与列中，实现对格点的排序；取最接近拍摄图片中心的格点作为基准格点，以其为原点，取序号相邻的两点作为X轴，并以该两点距原点距离中较小的距离作为单位长度建立笛卡尔坐标系；该笛卡尔坐标系与由图片自身行与列生成的像素坐标系存在旋转变换关系，通过旋转将笛卡尔坐标系旋转到与像素坐标轴平行；在新坐标系下，以基准坐标为原点，可获得各个格点的实际坐标，而通过排序和单位长度可生成各点的标准坐标，两者相减获得误差坐标；分别以X和Y两方向的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于B样条曲面拟合的摄像头畸变矫正方法，其特征在于，包括：网格图拍摄步骤：将摄像头固定在距离目标平面预定距离的位置，拍摄目标平面上的网格纸得到网格图；图像细化步骤：对网格图进行图像细化，得到网格图的单像素骨架网络；格点排序步骤：找出单像素骨架网络中的格点生成德洛内三角网络，并对格点进行排序；误差坐标计算步骤：根据中央处格点建立笛卡尔坐标，进行笛卡尔坐标旋转变换，计算各格点误差坐标；曲面关系计算步骤：对格点的实际坐标和误差坐标进行B样条曲面拟合，得到实际坐标与X和Y轴两方向的畸变误差的曲面关系；矫正步骤：根据畸变误差的曲面关系，对所述摄像头拍摄的所述目标平面的任意图片进行畸变矫正。

【技术特征摘要】
1.一种基于B样条曲面拟合的摄像头畸变矫正方法，其特征在于，包括：网格图拍摄步骤：将摄像头固定在距离目标平面预定距离的位置，拍摄目标平面上的网格纸得到网格图；图像细化步骤：对网格图进行图像细化，得到网格图的单像素骨架网络；格点排序步骤：找出单像素骨架网络中的格点生成德洛内三角网络，并对格点进行排序；误差坐标计算步骤：根据中央处格点建立笛卡尔坐标，进行笛卡尔坐标旋转变换，计算各格点误差坐标；曲面关系计算步骤：对格点的实际坐标和误差坐标进行B样条曲面拟合，得到实际坐标与X和Y轴两方向的畸变误差的曲面关系；矫正步骤：根据畸变误差的曲面关系，对所述摄像头拍摄的所述目标平面的任意图片进行畸变矫正。2.根据权利要求1所述的基于B样条曲面拟合的摄像头畸变矫正方法，其特征在于，所述网格纸的大小以及在所述目标平面上的摆放位置满足所述摄像头将所述网格纸完整的拍摄在所述网格图中。3.根据权利要求1所述的基于B样条曲面拟合的摄像头畸变矫正方法，其特征在于，在对网格图进行图像细化之前还包括对网格图进行灰度和二值化处理。4.根据权利要求1所述的基于B样条曲面拟合的摄像头畸变矫正方法，其特征在于，所述图像细化包括：对网格图使用zhang-suen细化算法，定义非背景点的色值为1,背景点的色值为0，根据zhang-suen细化算法判断每一个点与周围八个点的色值关系，遍历所有点，筛选出可细化的非背景点进行删除；若非背景点周围八点存在任一非背景点，则定义两点连通，根据删除非背景点是否会造成周围八个点不连通，来对非背景点进行删除，由此得到单像素骨架；根据骨架的单像素性，遍历所有非背景点，若存在非背景点，满足周围八个点的色值中只有一个点为1，则删除该非背景点，并在该非背景点周围八个点继续进行判断，若满足则继续删除然后再次在周围八点进行判断，直至不满足该判断为止。5.根据权利要求1所述的基于B样条曲面拟合的摄像头畸变矫正方法，其特征在于，所述对格点进行排序包括：设定最小角阈值，根据最小角阈值删除网格图边缘处的扁平三角型后，取德洛内三角网格的4个角点之一作为起点，根据点、边和三角的关系找到网格中的所有行和列，将所有点划分到行与列中，实现对格点的排序。...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘成良，代山，贡亮，周亦涵，谭威，秦正伟，李彦明，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31