一種自適應(yīng)的魚眼鏡頭快速校正方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種自適應(yīng)的魚眼鏡頭快速校正方法，包括以下步驟：構(gòu)建等距投影模型，提取不同位置的直線，獲得點集；相機參數(shù)進行初始化，對點集進行噪聲濾除；遵循直線必須投影為直線的原則對直線的圖像平面進一步優(yōu)化；采用立方體展開方式，將優(yōu)化后的圖像投影到單位視球的最大內(nèi)接立方體的六個面上，輸出投影；對同一設(shè)備的一次性標定進行二次校正，如果輸出投影結(jié)果有偏差，重新校正。本發(fā)明能夠快速對魚眼鏡頭進行快速校正，無需大量計算，結(jié)果準確，方便快捷。
【專利說明】一種自適應(yīng)的魚眼鏡頭快速校正方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種自適應(yīng)的魚眼鏡頭快速校正方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 普通相機在日常生活中應(yīng)用廣泛，三維空間中的點都可以根據(jù)針孔模型（r = ftan0)來實現(xiàn)透視投影成像過程。當Θ大于60°之后，r呈現(xiàn)指數(shù)增長，當要達到180° 視場時，需要無窮大的r來滿足成像，而這在實際中是不可獲得的。在某些場景下，需要用 一個攝像頭來獲取廣角視頻，因此很多廠家推出了魚眼鏡頭。由于魚眼相機本身的大視野， 可以給用戶提供很多的周圍信息。在車載上，可以提高行車尤其是倒車時的安全性；對于同 樣分辨率的圖像來說，可以儲存更多的信息，選擇不同的感興趣區(qū)域進行多區(qū)域跟蹤。魚眼 圖像也應(yīng)用在在火星車來進行避障。隨著魚眼相機的日常應(yīng)用日益廣泛，原始的魚眼圖像 并不符合人眼的成像特性，無法給用戶帶來直觀的感受。所以對魚眼的快速自適應(yīng)校正勢 在必行。
[0003] 為了滿足人們的看圖習(xí)慣，有必要將魚眼鏡頭獲取的圖像校正到正常圖像的顯示 效果。目前大多數(shù)魚眼校正算法較復(fù)雜且自適應(yīng)性不強，需要研究出快速自適應(yīng)的魚眼校 正算法。
[0004] 國內(nèi)外關(guān)于魚眼矯正的方法有很多。大部分標定方法都需要利用棋盤格標定板來 進行。棋盤格標定方法雖然只需要提供多幅不同位姿的棋盤格標定板圖像，但是由于魚眼 成像引起的強烈畸變，直線在圖像中變成了弧線，且為了保證標定的精度，標定需要利用棋 盤格的幾何性質(zhì)，所以標定板上的所有角點都需要手工標注。這項操作不僅引入了標記誤 差，而且耗時巨大，很難滿足實時性的需求。
[0005] 而現(xiàn)有的其它校正方法雖然精度相對較高，但如果應(yīng)用于監(jiān)控、手機、車載等領(lǐng) 域，很難保證實施性的要求，而且要求的場景局限性較大。我們所希望的是可以不依賴于場 景、可以自適應(yīng)的魚眼圖像快速標定方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種自適應(yīng)的魚眼鏡頭快速校正方法，本方法 操作簡單、滿足實時性的需求，且可應(yīng)用于監(jiān)控、手機和車載等多個領(lǐng)域。
[0007] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0008] -種自適應(yīng)的魚眼鏡頭快速校正方法，包括以下步驟：
[0009] (1)構(gòu)建等距投影模型，提取不同位置的直線，獲得點集；
[0010] (2)相機參數(shù)進行初始化，對點集進行噪聲濾除；
[0011] (3)遵循透視投影中直線必須投影為直線的原則對圖像平面進一步優(yōu)化；
[0012] (4)采用立方體展開方式，將優(yōu)化后的圖像投影到單位視球的最大內(nèi)接立方體的 六個面上，輸出投影；
[0013] (5)對同一設(shè)備的一次性標定進行二次校正，如果輸出投影結(jié)果有偏差，重復(fù)步驟 (1) - (3)，重新校正。
[0014] 所述步驟（1)中，選擇等距投影模型為r = fe ;其中，Θ是入射角，f為初始焦 距，r為圖像上點到圖像中心的距離，定義如下：
[0015]

【權(quán)利要求】
1. 一種自適應(yīng)的魚眼鏡頭快速校正方法，其特征是：包括以下步驟： (1) 構(gòu)建等距投影模型，提取不同位置的直線，獲得點集； (2) 相機參數(shù)進行初始化，對點集進行噪聲濾除； (3) 遵循透視投影中直線必須投影為直線的原則對圖像平面進一步優(yōu)化； (4) 采用立方體展開方式，將優(yōu)化后的圖像投影到單位視球的最大內(nèi)接立方體的六個 面上，輸出投影； (5) 對同一設(shè)備的一次性標定進行二次校正，如果輸出投影結(jié)果有偏差，重復(fù)步驟 (1) - (3)，重新校正。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)的魚眼鏡頭快速校正方法，其特征是：所述步驟（1) 中，選擇等距投影模型為r = f0 ;其中，Θ是入射角，f為初始焦距，r為圖像上點到圖像 中心的距離，定義如下： r =」X2 + y2 ,χ = u - cxy = v - cy (1) 其中，（U，v)為像素坐標系下坐標，（x，y)為圖像坐標系下坐標，c = (cx，cy)為圖像中 心。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)的魚眼鏡頭快速校正方法，其特征是：所述步驟（1) 中，由于空間直線在圖像上為弧形的一部分，需要提示用戶輸入共線的多個點進行拋物線 擬合，從而填充整條弧線。
4. 如權(quán)利要求3所述的一種自適應(yīng)的魚眼鏡頭快速校正方法，其特征是：所述步驟（1) 中，在圖像上至少選取空間共線的三點，分別位于線段的起點、中點和終點，三點即確定一 條拋物線，在拋物線每個像素行的交點鄰近區(qū)域內(nèi)查找梯度最大的點，對直線上的點集進 行擴充，記獲得的特征點集為P = {x, Xi = (Xi, yi)}}，i的取值范圍為[1，點的個數(shù)]。
5. 如權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)的魚眼鏡頭快速校正方法，其特征是：所述步驟（2) 中，設(shè)圖像尺寸為wXh，初始的成像中心c為圖像中心（w/2，h/2)假設(shè)已知相機視場（FOV) 為Ψ，根據(jù)選擇的等距投影模型（r = f Θ )，得到初始的焦距： f = γμχ/(Ψ/2) (2) rmax為圖像上最大的成像半徑。
6. 如權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)的魚眼鏡頭快速校正方法，其特征是：所述步驟（2) 中，通過等距離投影模型，X -一映射到球面上的點X，將特征點集P轉(zhuǎn)化為球面上點集Ps， X、Y、Z分別為Pg的空間坐標值； ^ = sinQcosa = (f) < Y = sindsina = - -f--τ S|n^jT+y2 V上十） J = COSd = COS Ux2 + V2//) ? ⑶。
7. 如權(quán)利要求6所述的一種自適應(yīng)的魚眼鏡頭快速校正方法，其特征是：所述步驟 (2) 中，由于空間中的直線在球面坐標系下是過球心的大圓g，而每個大圓由其法向量η =[sin〇cosC>，sin〇sinC>，cos〇]唯一確定；利用Ransac算法，每次任意提取m個點， m彡3,通過svd分解，得到一個法向量η ;如果點p在此大圓上，ρ · η = 0 ;所以，假設(shè)內(nèi)點 閾值t，當p · n〈t，p即被認為是內(nèi)點，由此，得到內(nèi)點點集P' s ;通過LM算法得到優(yōu)化目 標函數(shù)匕，從而得到f，c的第一步初始值： Fi = Ef=i ^(/,c) -n(/,c) (4) k為內(nèi)點個數(shù)。
8.如權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)的魚眼鏡頭快速校正方法，其特征是：所述步驟（3) 中，轉(zhuǎn)換透視圖像坐標，:ru = ftan Θ = ftan(fd/f) (5) ru對應(yīng)轉(zhuǎn)換后透視圖上的距離，r為魚眼圖像中距離； !x" = r" cosa = η, x- ' ； (6) yu = ruc:osa = rux- xu = (xu，yu)為透視圖上對應(yīng)點坐標；設(shè)內(nèi)點的最優(yōu)直線為L:y = ax+b, a、b為常數(shù)， 則每個點到最優(yōu)直線的距離為d = |yu-axu_b| ;優(yōu)化目標函數(shù)F2，得到最終的內(nèi)參標定結(jié)果 f, c ： F2 =Xf=id(/,c) (7)
9.如權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)的魚眼鏡頭快速校正方法，其特征是：所述步驟（4) 中，將圖像投影到單位視球的最大內(nèi)接立方體的六個面上，每個面上的圖像都滿足透視投 影，從而得到全部360°視場范圍的信息。
10.如權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)的魚眼鏡頭快速校正方法，其特征是：所述步驟 (5)中，同一個分辨率下設(shè)備的內(nèi)參是固定的，在不同分辨率下是成等比例；在同一圖像分 辨率下，校正后圖像上的點坐標由魚眼圖像中的點唯一確定，首次對設(shè)備進行校正后，存儲 兩者映射關(guān)系的查找表，在二次校正時，只需要讀取存儲的查找表，即快速的輸出校正結(jié) 果。
【文檔編號】G06T7/00GK104268867SQ201410487665
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月22日
【發(fā)明者】林穎, 郭志紅, 陳玉峰, 李程啟, 耿玉杰 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院