平面图像斜视梯形矫正方法及矫正系统技术方案

平面图像斜视梯形矫正方法及矫正系统，涉及数字图像处理领域，解决倾斜拍摄得到的斜视图与正视图像相比存在梯形畸变问题；本发明专利技术采用循环累加计算的方式，以正视图各像素坐标作为直接复制像素或插值产生像素的目标点；与必须采用浮点计算的三角函数法相比，只需使用少量定点数乘除法，速度比三角函数法快得多，适用于低成本低功耗的处理器；矫正矩阵法属于小视野条件下的近似拟合计算，在大视角或者大视野条件下误差很大；运用斜视图共顶特点，把正斜图在水平方向上线性扩展矫正，在垂直方向上进行抛物扩展矫正的精确矫正方法，在很大的视角和视野条件下始终可以保持很高的矫正精度。

Trapezoid correction method and system of plane image squint

【技术实现步骤摘要】
平面图像斜视梯形矫正方法及矫正系统
本专利技术涉及光电技术及数字图像处理领域，具体涉及一种平面图像斜视梯形矫正方法及矫正系统。
技术介绍
在平面图像拍摄过程中，因为摄像角度及位置原因，中轴线方向经常会处于一个倾斜的方向上；例如航拍图中，较大区域的视角都是倾斜的；在指纹采集、车牌识别等智能系统中，都需要用正视图像作为原始样本；然而在实际应用中拍摄得到的大都是倾斜图像，与正视图像相比存在梯形失真，需要经过梯形矫正才能使用。对于任意视角拍摄的图像，不论采用哪种方法矫正梯形，都要先把图像旋转到物面与坐标轴平行的位置，然后才能按照图像梯形畸变的规律进行矫正。目前进行梯形矫正主要有两类方法，一类是以计算按照视角倾斜的角度来计算每个像素的反正切函数值的三角函数法，另一类是用矫正矩阵进行变换处理的矩阵法；这些方法都必须使用大量的浮点数乘除计算，速度比较慢，对处理器的性能要求较高。
技术实现思路
本专利技术为解决现有斜视图像的矫正方法复杂，计算速度慢，且对处理器的性能要求高等问题，提供一种平面图像斜视梯形矫正方法及矫正系统。平面图像斜视梯形矫正方法，该方法由以下步骤实现：步骤一、采用光电传感器获得斜视图像，所述光电传感器在像面上光电转换区域为矩形，接收像面发出的成像光转换成边缘为矩形的图像；定义光电传感器光电转换区域矩形中心点为像心，定义通过光电转换区域矩形底边沿光电传感器水平扫描方向的直线为u轴，定义通过光电转换区域矩形侧边沿光电传感器垂直扫描方向的直线为v轴；所述斜视图包括正斜图像和侧斜图像；所述正斜图像是物面与u轴或v轴平行时拍摄得到的图像，侧斜图像是物面与两个坐标轴都不平行时拍摄得到的图像；步骤二、采用图像处理器对所述正斜图像进行梯形畸变矫正，获得正视图；对侧斜图像进行旋转成为正斜图像后，采用梯形畸变矫正，获得正视图；对所述正斜图像进行梯形畸变矫正的过程为：步骤二一、对所述正斜图像进行水平扩展，获得水平矫正图像；步骤二二、对所述水平矫正图像在垂直方向上的畸变进行抛物线扩展矫正，获得抛物扩展图，即为正视图。平面图像斜视梯形矫正系统，包括物面、透镜、光电传感器和图像处理器；所述物面为平面，被拍摄物体的光线经透镜后在光电传感器上成实像；光电传感器在像面上光电转换区域为矩形，接收像面发出的成像光转换成为边缘为矩形的图像；定义光电传感器光电转换区域矩形中心点为像心，定义通过光电转换区域矩形底边沿光电传感器水平扫描方向的直线为u轴，定义通过光电转换区域矩形侧边沿光电传感器垂直扫描方向的直线为v轴；定义物面中成像在像心的点为物心；在透镜与物心之间的直线设定为中轴线，物心发出的光沿中轴线经透镜处理后恰好到达像心；定义中轴线与物面法线所成的夹角为视角；视角为零时拍摄的图像为正视图；视角为非零时拍摄的图像为斜视图；图像处理器对所述斜视图进行梯形畸变矫正成为正视图。本专利技术有益的效果：本专利技术所述的矫正方法，采用循环累加计算的方式，以正视图各像素坐标作为直接复制像素或插值产生像素的目标点；与必须采用浮点计算的三角函数法相比，本专利技术只需使用少量定点数乘除法，可以不需要浮点乘除计算，总共循环计算的次数大约只有图像像素数量的两倍，速度比三角函数法快得多，适用于低成本低功耗的处理器；矫正矩阵法属于小视野条件下的近似拟合计算，在大视角或者大视野条件下误差很大；本专利技术提供一种运用斜视图共顶特点，把正斜图在水平方向上线性扩展矫正，在垂直方向上进行抛物扩展矫正的精确矫正方法；矫正过程采用循环计数的方式，不但速度比计算矫正矩阵快，而且在很大的视角和视野条件下始终可以保持很高的矫正精度。附图说明图1为本专利技术所述的平面图像斜视梯形矫正系统的光学结构图；图2为本专利技术所述的平面图像斜视梯形矫正方法中正斜视顶点的原理图；图3为本专利技术所述的平面图像斜视梯形矫正方法中正斜图与正视图二者重叠放在一起的效果图；图4为本专利技术所述的平面图像斜视梯形矫正方法中斜视图经过旋转以及平移之后得到的正斜图；图5为本专利技术所述的平面图像斜视梯形矫正方法中对正斜图中的某行像素进行水平像素插值生成水平矫正图的过程示意图；图6为本专利技术所述的平面图像斜视梯形矫正方法中水平矫正图51经过垂直像素插值得到抛物扩展图的过程示意图。图中：1、物面，2、透镜，3、光电传感器，4、物面法线，5、中轴线，6、物心，7、像心，X为光电传感器的X扫描方向；Y为光电传感器的Y扫描方向；具体实施方式具体实施方式一、结合图1至图6说明本实施方式，平面图像斜视梯形矫正系统，包括物面1，透镜2，光电传感器3和图像处理器；物面1为平面，是被拍摄的物体所在的平面，忽略被拍摄的物体的高度；透镜2由一个或多个光学元件组成，即可以只由一个成像透镜组成，又可以由多个折射以及反射光学元件组成，来自被拍摄物体的光线经过光路及透镜2，在光电传感器3上成实像；光电传感器3是CCD或CMOS等光电图像传换元件，像面是光电传感器3接收到成像光的平面，光电传感器3在像面上光电转换区域为矩形，接收像面发出的成像光转换成为边缘为矩形的图像；定义光电传感器3光电转换区域矩形中心点为像心，定义通过光电转换区域矩形底边沿光电传感器3水平扫描方向的直线为u轴，定义通过光电转换区域矩形侧边沿光电传感器3垂直扫描方向的直线为v轴；定义物面1中成像在像心的点为物心；在透镜2与物心之间存在一条假想的直线被称为中轴线，物心发出的光沿中轴线到达透镜2经光学元件处理后恰好到达像心；定义中轴线与物面法线所成的夹角为视角；视角为零时拍摄的图像为正视图；视角不为零时拍摄的图像为斜视图；斜视图像分为正斜图像和侧斜图像两种情况；正斜图像是物面与u轴或v轴平行时拍摄得到的照片图像，侧斜图像是物面与两个坐标轴都不平行时拍摄得到的照片图像；正斜图像与正视图像相比存在梯形畸变，并且正斜图像的梯形畸变具有共顶特点；结合图2说明本实施方式，图2为本实施方式所述正共顶特点原理图，图中F为光心，O为像心，Q为物心；物面为π，在物面上有一个矩形，并且这个矩形有一组对边在像面成像时与一个坐标轴平行，那么把这种矩形的称为平行矩形；因为与v轴平行的情况和与u轴平行的情况类似，所以用与u轴平行为例介绍平行矩形；平行矩形中成像后与u轴平行的一组对边称为平行边，另外成像后与v轴垂直的那一组对边称为垂边；在斜视图中，平行矩形成像的形状为梯形，两条平行边分别成像为梯形上底与下底，两条垂边分别成像为梯形的两个腰，梯形两腰的延长线在远处相交于一点，定义这个交点为正斜视顶点；所述共顶特点就是所有平行矩形在正斜图中成像都共有同一个正斜视顶点P，像面为β，物面与像面夹角等于视角θ；物面上的平行矩形ABCD成像得到的正斜图为等腰梯形IJKL，两腰延长线交点为正斜视顶点P，并且正斜视顶点位于穿过像心并与y轴平行的直线上，与像心的距离OP等于像距OF乘以物视角θ的余切；OP＝OF*cot(θ)本实施方式中，若物面与u轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.平面图像斜视梯形矫正方法，其特征是：该矫正方法由以下步骤实现：/n步骤一、采用光电传感器获得斜视图像，所述光电传感器(3)在像面上光电转换区域为矩形，接收像面发出的成像光转换成边缘为矩形的图像；/n定义光电传感器(3)光电转换区域矩形中心点为像心，定义通过光电转换区域矩形底边沿光电传感器(3)水平扫描方向的直线为u轴，定义通过光电转换区域矩形侧边沿光电传感器(3)垂直扫描方向的直线为v轴；/n所述斜视图包括正斜图像和侧斜图像；所述正斜图像是物面与u轴或v轴平行时拍摄得到的图像，侧斜图像是物面与两个坐标轴都不平行时拍摄得到的图像；/n步骤二、采用图像处理器对所述正斜图像进行梯形畸变矫正，获得正视图；对侧斜图像进行旋转成为正斜图像后，采用梯形畸变矫正，获得正视图；/n对所述正斜图像进行梯形畸变矫正的过程为：/n步骤二一、对所述正斜图像进行水平扩展，获得水平矫正图像；/n步骤二二、对所述水平矫正图像在垂直方向上的畸变进行抛物线扩展矫正，获得抛物扩展图，即为正视图。/n

【技术特征摘要】
1.平面图像斜视梯形矫正方法，其特征是：该矫正方法由以下步骤实现：
步骤一、采用光电传感器获得斜视图像，所述光电传感器(3)在像面上光电转换区域为矩形，接收像面发出的成像光转换成边缘为矩形的图像；
定义光电传感器(3)光电转换区域矩形中心点为像心，定义通过光电转换区域矩形底边沿光电传感器(3)水平扫描方向的直线为u轴，定义通过光电转换区域矩形侧边沿光电传感器(3)垂直扫描方向的直线为v轴；
所述斜视图包括正斜图像和侧斜图像；所述正斜图像是物面与u轴或v轴平行时拍摄得到的图像，侧斜图像是物面与两个坐标轴都不平行时拍摄得到的图像；
步骤二、采用图像处理器对所述正斜图像进行梯形畸变矫正，获得正视图；对侧斜图像进行旋转成为正斜图像后，采用梯形畸变矫正，获得正视图；
对所述正斜图像进行梯形畸变矫正的过程为：
步骤二一、对所述正斜图像进行水平扩展，获得水平矫正图像；
步骤二二、对所述水平矫正图像在垂直方向上的畸变进行抛物线扩展矫正，获得抛物扩展图，即为正视图。


2.根据权利要求1所述的平面图像斜视梯形矫正方法，其特征在于：步骤二一的具体过程为：
以正斜图像的左下角为原点建立平面直角坐标系，斜视顶点水平坐标xp位于正斜图像垂直中心线上，斜视顶点水平坐标数值等于正斜图像宽度的一半，为w/2,斜视顶点垂直坐标yp＝w*h/(w-a)；a为有效梯形区的上底边，h为有效梯形区的高度；
正斜图像中的每一行图像都有一个水平扩展因子Ex(y)，所述水平扩展因子Ex(y)用下式表示为：
Ex(y)＝y/yp
计算有效梯形区中每行数据的数量N(y)，N(y)用下式表示为：
N(y)＝w–w*Ex(y)
根据有效梯形区为等腰梯形，计算出有效梯形区中每行数据在进行水平扩展之前有效数据的起始水平方向坐标X(y)，用下式表示为：
X(y)＝N(y)/2
所述有效梯形为：设定物面上由四个顶点分别为A,B,C以及D的矩形，所述矩形的一组对边在像面成像时与坐标轴v轴或u轴平行，所述矩形对应正斜图像中的等腰梯形的四个顶点A1,B1,C1以及D1，所述等腰梯形作为有效梯形；
对有效梯形区的第y行像素，采用从0到N(y)的整数次循环，从y行数据的X(y)开始，每次循环时从正斜图像中复制一个像素到水平矫正图；
设置累加寄存器R的初始值为0，当R值大于等于1时，则将R值减1，同时在水平矫正图中原本在下次循环将要复制填入像素的那个位置进行水平像素插值，直到R值小于1为止；
设置从0到h的循环，将y作为循环变量，对正斜图像中每一行数据都进行水平扩展后，完成水平方向的矫正，获得水平矫正图。


3.根据权利要求1所述的平面图像斜视梯形矫正方法，其特征在于：步骤二二的具体过程为：
对所述水平矫正图在垂直方向上的畸变采用抛物线扩展矫正，矫正后的图像为抛物扩展图；所述抛物扩展图的高度为t，定义加速度常数为M...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦杰，庄文福，
申请(专利权)人：浙江凯拓机电有限公司，焦杰，
类型：发明
国别省市：浙江;33