摄像机镜头非线性畸变校正

共面点的摄像机非线性畸变校正叶峰;王敏;陈剑东;洪峥;赖乙宗【摘要】采用传统的Tsai两步法进行摄像机标定时,标定精度会受一阶径向畸变模型的限制.本文提出了一种同时考虑摄像机镜头径向畸变和切向畸变的摄像机模型并研究了模型求解方法来提高畸变校正精度.考虑图像中心区域畸变较小,故用中心附近点列出线性方程组计算了摄像机的部分参数;建立了综合畸变模型,将摄像机参数代入模型计算畸变参数的初始值.由于焦距和平移分量在标定板与相机平面的距离深度变化不够时难以一次性准确标定,故将其代入综合畸变模型重新计算,并运用两步迭代法逐步逼近精确解.最后,对世界坐标系进行空间几何变换、透视变换和成像变换得到的重投影图像的像素坐标并与实际测得的像素坐标值进行比较,得到校正误差.结果表明,本文的畸变校正方法平均像素误差可以达到0.114 9 pixel,优于Tsai校正方法的0.367 0 pixel,且重复性较好.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2015(023)010【总页数】9页(P2962-2970)【关键词】摄像机标定;切向畸变;非线性畸变;畸变校正;Tsai方法;迭代计算【作者】叶峰;王敏;陈剑东;洪峥;赖乙宗【作者单位】华南理工大学机械与汽车工程学院,广东广州510640;华南理工大学机械与汽车工程学院,广东广州510640;华南理工大学机械与汽车工程学院,广东广州510640;华南理工大学机械与汽车工程学院,广东广州510640;华南理工大学机械与汽车工程学院,广东广州510640【正文语种】中文【中图分类】V447.3;TP391.41 引言图像处理在精密、超精密机器视觉领域中的广泛应用对摄像机的标定精度提出了更高的要求。

然而，由光学镜头组、CCD（Couple Charged Device）传感器和图像采集电路等引起的图像几何畸变的存在限制了精度的提高，因此，解决摄像机的几何畸变成为高精度机器视觉应用中的关键问题。

镜头畸变的校正方法
1、根据畸变图像特点标定坐标图，求取标定点像素的理想值和实际值，同时生成坐标映射表，再把坐标映射表用于畸变图像的校正程序后，即可得到无畸变图像。

2、标定坐标，镜头中心的畸变可以忽略为零，以镜头为中心，离镜头越远的地方畸变越大。

以镜头为中心标定坐标图，对图像进行坐标的标定，按正方形均匀排列圆点。

3、先通过图像的、突出边缘细节；然后再用二值化处理增强调节对比度的图像，但部分样板点和背景的对比的差值较大，所以是设定一个阈值对整幅图像进行二值化，最后再对二值化后的图像再次进行中值滤波的方法处理，再次使用中值滤波方法可以有效的去除畸变图像中的部分椒盐噪声的影响。

二值化的主要作用是可以提高畸变校正图像的质量，预处理图像可以为点阵样板圆点中心的确定提供重要的作用。

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镜头畸变的原理及校正方法一、镜头畸变的原理镜头畸变是指在摄影过程中，由于光线通过透镜时的物理特性而导致图像出现扭曲、拉伸或压缩等失真现象。

主要分为两种类型：1.径向畸变：在图像中心呈现正常形态，但越靠近边缘部分，图像会出现拉伸或压缩的现象。

2.切向畸变：在图像中心和边缘部分都会出现失真，表现为图像的水平或垂直线条不再是直的而是弯曲。

二、校正方法1.软件校正法利用数字图像处理软件如Photoshop、Lightroom等进行校正。

具体步骤如下：（1）打开需要校正的图片，在菜单栏选择“滤镜”-“相机失真”。

（2）在弹出的对话框中选择适当的相机模型和镜头型号，并勾选“去除畸变”选项。

（3）点击确定按钮即可完成校正。

2.硬件校正法通过使用特殊设计的镜头来避免或减少畸变。

这种方法比较昂贵，适用于专业摄影师和高端用户。

具体步骤如下：（1）选择适合的镜头，如鱼眼镜头或移轴镜头等。

（2）在拍摄时调整相机和镜头的位置，使其达到最佳效果。

3.手动校正法通过手动调整相机和镜头的位置来避免或减少畸变。

这种方法比较简单易行，但需要一定的技巧和经验。

具体步骤如下：（1）在拍摄前，先观察场景并确定需要调整的部分。

（2）调整相机和镜头的位置，使其达到最佳效果。

（3）在后期处理时可以使用软件进行进一步校正。

总之，在摄影过程中避免畸变是非常重要的，可以通过以上方法进行校正。

不同类型的畸变需要采用不同的校正方法，并且需要针对具体情况进行调整。

只有掌握了正确的校正方法才能拍摄出更加真实、美丽、自然的照片。

摄影中的镜头畸变与校正技巧摄影是一门充满艺术性和技术性的创作形式。

在摄影过程中，摄影师常常会面临各种技术挑战，其中之一就是镜头畸变。

镜头畸变是在拍摄过程中产生的图像变形现象，它可能会影响到照片的质量和真实性。

为了解决这一问题，摄影师需要熟悉镜头畸变的类型和校正技巧。

一、什么是镜头畸变镜头畸变是指镜头在成像过程中引起的图像变形。

它主要分为三种类型：桶形畸变、枕形畸变和畸形畸变。

1. 桶形畸变桶形畸变是在照片中出现图像向中心收缩的现象，形状类似于桶子。

这种畸变通常出现在广角镜头和鱼眼镜头中，由于广角镜头的视角较大，所以图像边缘会向中心收缩。

2. 枕形畸变枕形畸变是在照片中出现图像向边缘收缩的现象，形状类似于枕头。

这种畸变通常出现在长焦镜头中，由于长焦镜头的视角较窄，所以图像边缘会向中心收缩。

3. 畸形畸变畸形畸变是在照片中出现一些不规则的图像变形现象，如弯曲或拉伸等。

这种畸变通常由于镜头的质量较差或者使用不当造成。

二、镜头畸变的校正技巧镜头畸变可以通过以下几种方法进行校正，以保证照片的质量和真实性。

1. 镜头校正大部分相机和摄像机都具有镜头校正功能，可以通过设置菜单中的参数进行校正。

通过选择恰当的校正参数，可以有效减轻或消除镜头畸变。

2. 后期校正在后期处理中，我们可以使用专业的图像编辑软件来进行镜头畸变的校正。

这种方法可以更加精确和灵活地处理畸变问题，同时也可以对图像进行其他的调整和修饰。

3. 畸变校正镜头一些专业的摄影镜头具有畸变校正的功能。

这些镜头内部集成了特殊的光学组件，可以在成像过程中主动校正镜头畸变，提供更加真实和准确的图像。

4. 构图和摄影技巧在实际拍摄中，合理的构图和摄影技巧也可以帮助减轻或掩盖镜头畸变。

通过选择恰当的角度、距离和焦距等因素，可以最大程度地优化图像的透视和比例关系，减少畸变的出现。

总结：镜头畸变是摄影过程中常见的技术挑战之一。

摄影师可以通过了解镜头畸变的类型和校正技巧，有效地解决这一问题，保证照片的质量和真实性。

镜头畸变矫正算法模块
镜头畸变矫正算法模块是用于对图像进行畸变矫正的工具。

这种畸变通常由镜头的设计和成像过程中的光学特性引起，可能导致图像的直线变形、图像拉伸或缩放等问题。

畸变矫正算法模块的目标是通过对畸变图像进行分析和处理，将其恢复为符合人眼视觉感知的几何形状。

下面是一些常见的畸变矫正算法：
1. 标定矫正算法：通过摄像机的标定，获取摄像机的内外参数。

然后利用这些参数来矫正畸变图像。

2. 坐标映射算法：将图像中的每个像素点根据畸变模型进行坐标映射，从而消除畸变。

常见的坐标映射算法包括线性和非线性映射。

3. 校正格子算法：使用含有已知形状和距离的校正格子来进行矫正。

通过对校正格子图像进行分析，可以确定图像中的畸变参数，并利用这些参数进行畸变矫正。

4. 双线性插值算法：在进行坐标映射时，使用插值算法来估计畸变图像中非网格点的像素值。

双线性插值是一种常用的插值算法，具有良好的平滑性和计算效率。

5. 像素重采样算法：对于大面积的畸变，可以使用像素重采样算法来调整图像的尺度和纵横比例。

这种算法可以在保持图像分辨率的同时，减少畸变带来的影响。

这些算法可以单独使用，也可以结合使用。

通过使用这些畸变矫正算法，可以有效地消除镜头畸变，提高图像质量和几何特性的精度。

第10卷　第3期2005年3月中国图象图形学报Journal of I m age and GraphicsVol .10,No .3M ar .,2005收稿日期:2004203220;改回日期:2004212214第一作者简介:杨必武(1976～　),男,2001年获第二炮兵工程学院兵器发射理论与技术专业工学硕士学位,现为该专业在读博士研究生。

主要从事图像识别、计算机视觉及应用研究。

近年来发表论文20余篇,获军队科技进步一、三等奖各1项。

E 2mail:ybw202@摄像机镜头非线性畸变校正方法综述杨必武　郭晓松(第二炮兵工程学院202教研室,西安　710025)摘　要　由于加工误差和装配误差的存在,摄像机光学系统与理想的小孔透视模型有一定的差别,致使物体点在摄像机图像平面上实际所成的像与理想成像之间存在不同程度的非线性光学畸变。

为了提高图像检测、模式匹配等定量分析的准确性,必须对这一类畸变进行修正。

近年来,国内外学者就此问题进行了大量的研究,为了使人们概略地了解该领域的研究现状,为此首先介绍了摄像机成像模型与镜头非线性畸变模型,并回顾总结了摄像机镜头非线性畸变校正方法,然后进一步提出从原理上将这些方法分为基于控制对象的方法和基于模式的方法两大类,最后分析比较了各种方法的优缺点。

关键词　摄像机　镜头　非线性畸变　校正中图法分类号:TP391.41　T N942.2 文献标识码:A 文章编号:100628961(2005)0320269206O verv i ew of Non li n ear D istorti on Correcti on of Cam era L en sY ANG B i 2wu,G UO Xiao 2s ong(The 202Teaching and Searching Section of the Second A rtillery Engineering College,X i ’an 710025)Abstract Because of having p r ocessing err or and assembling err or the difference exists in the model of the ca mera op tical syste m and p inhole model,which results t o nonlinear dist orti on bet w een real i m age and ideal i m age t o s ome extent .To i m p r ove the accuracy of such quantitative analysis as i m age measuring and pattern matching,it must be corrected .Recently,many scholars have a l ot of research on this p r oble m.To open the p resent state of this field before everyone,the models about ca mera i m aging and lens nonlinear dist orti on are intr oduced,and the correcti on methods of nonlinear dist orti on of ca mera lens are vie wed,which are divided int o the method based on contr olling object and the method based on pattern .Finally,the app licati on p r oble m s are analyzed and compared .Keywords ca mera,lens,nonlinear dist orti on,correcti on1　引　言目前,计算机视觉系统正在工业、交通、医疗、军事等领域得到广泛应用,为了获取大视场的景物视频信息,人们常常使用短焦距摄像机镜头。

摄像头光学校正的算法研究和实现摄像头是我们生活中常见的一种设备，其包含了一个光学透镜和一个图像传感器。

然而，在实际的使用中，摄像头可能会存在一些光学校正的问题，比如图像失真、色差等，这些问题可能影响到图像的质量和准确性。

因此，对于摄像头的光学校正算法的研究和实现至关重要。

一、摄像头光学校正的背景和意义传统的摄像头常见的问题是图像失真、色差、光斑等，这些问题都会影响到图像的质量和准确性。

例如，在机器视觉、安防监控、视觉检测及机器人等领域中，如果摄像头存在图像失真、色差等问题，则可能导致识别率降低，从而影响了应用的效果。

因此，需要对摄像头进行光学校正，来消除这些问题。

二、摄像头光学校正的方法在对摄像头进行光学校正前，需要对摄像头进行标定，得到摄像头的内部参数和外部参数。

常用的标定方法有棋盘格标定法、圆盘标定法、多面体标定法等。

以棋盘格标定法为例，其主要步骤如下：1.准备一张棋盘格图像，并且知道格子的大小。

2.将棋盘格放在摄像头前为每个位置拍摄照片，并记录下摄像头每张图片对应的姿态。

3.将上面的图片导入计算机，并利用对应点建立摄像头模型，得到内部参数和外部参数。

在进行光学校正前，需要先将内部参数和外部参数考虑进去。

常见的光学校正方法有线性图像再现方法、网格畸变方法、光学流方法和颜色转换法等。

以下将对其中两种光学校正方法进行介绍。

1.线性图像再现方法线性图像再现方法是一种比较简单的校正方法。

其主要思想是，利用摄像头的内部参数来校正图像，通过对原始图像进行线性变换，得到校正后的图像。

具体的校正步骤如下：1.利用摄像头的内部参数，得到相机坐标系下的摄像头模型。

2.对图像中的特征点进行检测，并把这些点的像素坐标转换为相机坐标系下的三维坐标。

3.利用摄像头的内部参数将相机坐标系下的三维坐标转换为图像的归一化坐标系下的二维坐标。

4.针对归一化坐标系下的二维坐标，利用线性变换将其映射到校正后的坐标系下。

2.网格畸变方法网格畸变方法常用于处理非线性失真问题，其思路是通过构建一个网格来描述摄像头的失真情况，再通过类似于网格图像变形的方式进行校正。