当前位置：文档之家 › 广角成像系统光学畸变的数字校正方法

广角成像系统光学畸变的数字校正方法

  • 格式：pdf
  • 大小：376.07 KB
  • 文档页数：5

1 引 言
目前, 利用数字图像技术进行畸变校正主要应用于两个领域: 一是医用内窥镜图像的校 正 , 目的是测量图像上病变区域的大小 ; 另一应用是机器视觉领域 , 是为了提高它的视觉定 位精度 , 正确完成动作。
[ 1] 利用一个点 Smit h 为了准确测量医用内窥镜图像上溃疡的面积, 提出了一种校正原理。 阵图案的校正样板 , 根据样板上黑点的中心在畸变图像上的位置, 拟合出畸变图像与理想图
则坐标点处的灰度级近似为 :
1110
光 学 学 报
18 卷
f ( x , y) = a 其中, a = [S(1 + b = [S(1 + 式中, S ( ) 函数为 : 1- 2 S( ) = 4- 8 0,
2
B
c y ) ,Βιβλιοθήκη S( 2 x ) , S( 2 y) ] x) ]
* 本课题由天津市自然科学基金资 助 ( 项目号 : 953701111) 。 收稿日期 : 19970405
[ 4] [ 5] [ 2]
8期
刘 航等 : 广角成像系统光学畸变的数字校正方法
1109
2 校正理论
从数字图像处理的观点来考察畸变校正 , 实际上是一个图像恢复的过程, 是对一幅退化 了的图像进行恢复。 几何畸变失真主要是表现在图像中像素点发生位移 , 从而使图像中物体 扭曲变形。造成这类图像退化的原因是多方面的, 而成像系统的非线性, 例如光学系统畸变 像差是其中一个主要的因素。 几何畸变校正可分为两步, 第一步是对理想图像所在的坐标空间进行几何变换 , 这样做 的目的是使理想图像上的像素与实际图像上的像素点对应起来 ; 第二步是根据实际图像上对 应点邻近像素的灰度值 , 估计该点的灰度值, 从而得到与之相对应的理想图像上像素的灰度 值 , 称为灰度校正。 2. 1 几何变换 设 f ( u , v ) 为理想图像 , f ( x , y ) 为存在畸变的实际图像 , 两者的坐标之间存在着一个非 线性变换 T a , 即 ( x , y ) = T a[ ( u, v ) ] ( 1) 式中 T a 为一个二维的几何变换。 一般来讲, 光学系统是以光轴为对称的 , 其光轴即为系统的 径向对称中心, 系统的特性函数只与距该对称中心的距离有关。 将这种性质应用于图像的几 何变换 , 就可以将二维的变换问题简化为一维问题来处理。 首先, 以系统对称中心为原点定义一个极坐标系统, 用来取代原来的笛卡儿坐标系 , 它 们的坐标变换关系可以由下式确定: x - x c = r cos , y - y c = r sin , ( 2) 其中, ( x c , y c ) 是对称中心在直角坐标系中的坐标。极坐标中 , 由于某个像素点处的畸变只与 该点与对称中心的距离 , 即径向坐标有关 , 而与该点的角坐标无关 , 则理想图像与畸变图像 间的坐标变换关系可以变成如下的形式: r′ = Tr[ r ] r′ =
摘 要 光学系统的畸变除了 利用像差理论来实现校正外 , 还可 以利用数字图像处 理技术来进行 校正。这为某些受 其他条件的限制 , 很难用像差校 正方法来实现其畸 变校正的光 学系统 , 如内窥 镜光学系统和机器视 觉光学系统等 , 提供了另一种 畸变校正的方法。在讨论利用数 字图像处理技 术进行 畸变校正的理论后。接着 详细介绍了 点阵样板校 正方法 , 并给出校 正实例。最后 , 为了评 价校正的精度 , 文中分析了校正 的主要误差来源 , 并通过比较校 正前后视场各位置 的畸变量来考 察校正的效果。 关键词 畸变校正 , 几何畸变 , 灰度 校正 , 内窥镜 , 广角物镜。
f ( [ x ] - 1, [ y ] - 1) f ( [ x ] , [ y ] - 1) B= f ( [ x ] + 1, [ y ] - 1) f ( [ x ] + 2, [ y ] - 1) f ( [ x ] - 1, [ y ] ) f ( [ x ] , [ y] ) f ( [ x ] + 1, [ y ] ) f ( [ x ] + 2, [ y ] ) f ( [ x ] - 1, [ y ] + 1) f ( [ x ] , [ y ] + 1) f ( [ x ] + 1, [ y ] + 1) f ( [ x ] + 2, [ y ] + 1) f ( [ x ] - 1, [ y ] + 2) f ( [ x ] , [ y ] + 2) f ( [ x ] + 1, [ y ] + 2) f ( [ x ] + 2, [ y ] + 2)
′ → r′ 1 , … , r n → r n, 也就是要在理想样板图像上选定一些像索点, 并且找到它们在实际样板图
像上对应的位置。在理想图像上选定的像索点集合, 称为样点集合。在实际图像上相对应的 像素的集合 , 称为对应点集合。 利用点阵样板的结构参数和它的实际图像 , 可以确定这两个 集合中各像素点的坐标。
view field( r ′ ) distor tio n( Y ′ ) befo re cor r ect ion/ % aft er cor r ect ion/ % 1/ 7Y ′ 0. 1 0. 1 2/ 7 Y ′ 3. 0 0. 6 3/ 7 Y ′ 6. 8 0. 6 4/ 7Y ′ 11. 0 2. 2 5/ 7Y ′ 17. 0 2. 3 6/ 7Y ′ 22. 3 2. 0 Y′ 27. 9 3. 6
像间的函数关系, 完成图像像素的几何位置校正, 最后用测量不同视场处圆斑的面积, 来判 断校正的效果。 Hideaki 采用栅格状的校正样板 , 对内窥镜的畸变图像进行校正, 他根据样板上栅格的 经纬线在畸变图像上的弯曲程度来估计像面上对称中心的位置 , 通过考察栅格节点位置的变 化 , 确定畸变图像与理想图像间的关系 , 并据此实现图像的畸变校正。 Nom ura [ 3] 则利用平行栅的图像, 来寻找畸变图像与理想图像间的关系, 以校正一个机器 视觉系统的畸变。Shih 通过建立透镜的数学模型, 并引入畸变影响系数来综合考察畸变对整 个系统响应的影响 , 并在另一篇论文中定量分析了这种影响的程度 , 以及在何种情况下, 这种影响是必须被考虑的。 本文通过讨论了畸变图像的几何校正和灰度校正原理, 并在标准点阵校正样板畸变图像 的基础上 , 利用图像处理技术 , 实现了一台医用内窥镜的畸变校正算法。最后, 文中对校正 的精度进行了分析 , 并通过计算校正前后视场各位置的畸变量, 来考察校正的效果 , 从而以 系统达到的光学指标来评价校正算法。
T
( 5)
y ) , S ( y ) , S( 1 x ) , S( x ) , S ( 1 -
( x = x - [ x ] , + + 5
3
y = y - [ y] ) < 1
, 3
2
,
1≤ ≥2
< 2
3 校正过程
基于图像处理的畸变校正过程大体是这样的。首先将理想图像的像素点坐标 ( u , v ) , 变 换到极坐标系统下( r , ) , 再由( 4) 式求得实际畸变图像上的对应点的极坐标 ( r ′ , ) , 根据 ( 2) 式进行坐标反变换 , 求得对应点的笛卡儿坐标( x , y ) 。此时, 得到的坐标值往往不是整 数 , 也就不能正好落到畸变图像的像素点上。为此 , 必须利用灰度校正技术 , 计算出 ( x , y ) 点的灰度, 用此灰度来填充理想图像上的点 ( u , v ) 。 当对理想图像上的每一点都用上述过程 进行处理后, 就重建了无畸变的理想图像, 完成了畸变校正的过程。 为了实现上述的校正过程, 需要确定畸变图像的对称中心和 ( 4) 式中的多项式系数 , 这 可以利用待校正系统对标准的校正样板成像, 比较校正样板和它的带有畸变的像来实现。 3. 1 点阵样板 点阵样板的图案如图 1 所示 , 圆点按六角形排列, 每一点与其六个邻点的距离都是相同 的 , 同时圆点在三个方向( 0° , 60° , 120 ° ) 上排列成直线, 并且在每条直线上的点, 其间距是相 同的。 3. 2 确定对称中心 通过校正样板的图像可方便地确定像面的对称中心。众所周知, 对于畸变的光学系统, 物空间中的直线在像空间中一般不再是直线 , 而只有通过对称中心的直线是例外。根据这种 性质, 在点阵样板的图像上, 只有通过对称中心的直线点列仍旧排列为直线 , 而其余偏离对 称中心的直线将有不同程度的弯曲 , 如图 2 所示。由于点阵在三个方向上成直线排列, 因而 在样板图像上就可以找到三条最接近于直线排列的点列 , 用三条直线拟合相应的点列, 这三 条直线交点, 就可近似认为是像面对称中心的位置。
F ig . 3 Co rr ectio n r esults . ( a) , ( c) Befo re co rr ect ion ; ( b ) , ( d ) A fter cor rection
5 讨 论
对畸变图像的校正计算 , 不可能完全准确的恢复原来的图像。这是因为影响畸变校正精 度的因素是多方面的。其中对校正算法精度影响较大的几种误差有: 对称中心估算误差、 截取 误差、 插值误差和灰度校正误差等。为了评价校正效果, 定量化分析校正达到的精度是非常 必要的。 作者对校正前后视场各位置的畸变量作了比较 , 如表 ( 1) 所示。表中数据是以图 2 中 所选圆点中心坐标由下式计算得到的 : T able 1. Com pariso n of dist ort ion bef ore and aft er correction
F ig . 1 Co rr ectio n t emplet
Fig. 2 Deter minat ion o f the optical center
8期
刘 航等 : 广角成像系统光学畸变的数字校正方法
1111
3. 3 寻找对应像素点 为了确定畸变图像和无畸变图像间变换函数的系数 , 需要一组坐标对应关系 r 0 → r ′ 0, r 1

合集下载

一种改进的广角镜头数字图像畸变校正算法

一种改进的广角镜头数字图像畸变校正算法

一种改进的广角镜头数字图像畸变校正算法周游;张剑;周少武;王维【期刊名称】《计算技术与自动化》【年(卷),期】2015(000)003【摘要】针对广角镜头数字图像产生的严重桶形畸变的问题，提出两种改进的畸变校正的算法。

已有的彩色数字图像畸变校正都先将彩色图像转化为灰度图像后再进行图像的畸变校正，使得图像无法还原到原来的彩色信息。

提出的非线性模型法及等效球面法直接采用原始数据图像进行校正，数字仿真实例和实验结果证明了本文算法优于已有文献的结果。

%Aiming at the serious barrel distortion problem of wide-angle lens digital image,this paper put forward two Improved Distortion Correction Algorithms.The distortion Correction Algorithms in literature are divided into two steps:the first step is to change color image to grayscale,and the second step is to correct image distortion,but these methods can 't restore the original color information of image.The nonlinear model method and equivalent spherical method proposed in this paper use the original data of image.The numerical simulation examples and experiment results were given to illustrate the superiority of the obtained results to those in literature.【总页数】4页(P92-95)【作者】周游;张剑;周少武;王维【作者单位】湖南科技大学信息与电气工程学院，湖南湘潭 411201;湖南科技大学信息与电气工程学院，湖南湘潭 411201;湖南科技大学信息与电气工程学院，湖南湘潭 411201;深圳市优威视讯科技有限公司，广东深圳 518000【正文语种】中文【中图分类】TP391.41【相关文献】1.全自动数字图像畸变校正算法及其DSP实现 [J], 姜靖;闵华松2.一种基于控制点自动提取的图像畸变校正算法 [J], 郭永刚;葛庆平;冯平;姜长胜3.一种广角镜头光学畸变的数字校正算法 [J], 丁莹;范静涛;杨华民;姜会林4.一种广角镜头成像几何畸变校正算法实现 [J], 常耀天;白生祥5.全自动数字图像畸变校正算法及其DSP实现 [J], 闵华松; 姜靖因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

一种实用广角成像系统几何畸变数字实时校正方法-红外技术

一种实用广角成像系统几何畸变数字实时校正方法-红外技术

收稿日期：2006-04-17 作者简介：邓雷（1976－） ，云南宜良人，博士，研究方向包 括光电遥感、图像处理及智能仿生。
第 28 卷 第 10 期 2006 年 10 月
红 外 技 术 Infrared Technology
Vol.28 No.10 Oct. 2006
பைடு நூலகம்
1
几何畸变参数标定
对于一个角位置测量系统，我们希望具有一个理 想的角度线性光学系统。即像高 h 和视场角θ成线性 关系，这种成像方式的数学关系如下： h＝fθ (1) 式中：f 为光学系统焦距。通常广角折射式光学系统 设计采用这样的 F-θ镜头原理，然而，实际光学系统 并不严格满足此关系，这里，畸变校正的目标就是通 过对有畸变的数字图像进行处理，使得畸变校正后的 图像满足公式(1)所描述的 F-θ关系。 在角位置测量系统应用中，如图 1 所示，摄像机 坐标系的三根轴是 x,y,z，设摄像机的成像面与 y-x 平 面重合， 光学系统光轴和 y 轴重合， 设 P 点为目标点， 此时，目标相对摄像机具有方位角θ、ϕ。点 P 经过理 想的 F-θ光学系统成像后成为像面上的像点 Q，在像 面上坐标为(x,y)。 根据公式(1)，此处，像高 h 即为矢径 r，视场角θ 为图 1 中方向角θ，可以导出点 P 的方向角θ、ϕ与像 面投影点 Q 对应像面坐标 x、y 的理想关系：
Abstract ： Geometry distortion occurred widely in wide-angle optical imaging system. It is especial disadvantageous to the quantitative analysis based on image analysis technique. In this paper, a real time digital distortion correction method of wide-angle imaging system is presented, and the methods of distortion parameter scale, the spatial transform of image and gray scale value are clarified. In order to meet the real time performance, algorithmic steps are detailed. The results show that the real time digital distortion correction method of wide-angle imaging system has improved the measurement precision of angular position measurement system, and its run time in a DSP compute platform meet the requirements of general real time system. Key words：distortion correction；image processing；wide-angle imaging system 统的畸变模型，例如，根据光学系统径向与切向的畸 变特性，可以建立径向畸变模型，切向畸变模型；或 者，根据几何畸变的特性，建立线性畸变模型和非线 性畸变模型等等。通过畸变模型的建立，并经过实验 标定模型参数，就能利用少量的模型参数描述光学系 统的畸变特性，从而在图像处理中根据这些模型参数 实现畸变校正。直接映射法就是直接经过实验标定像 面坐标和空间坐标的对应关系，建立位置映射表，对 图像进行空间位置变换就实现畸变校正。 本文提出的实用广角成像系统几何畸变数字实 时校正方法设定用于一个红外角位置测量系统，该红 外角位置测量系统具有实时性要求。几何畸变参数采 用直接映射方式建立摄像机空间坐标与像面坐标的 关联。校正算法运行于 DSP 平台。经过实验，本文提 出畸变校正方法能够明显提高测角精度，并具有一定 的实时性能。 571
广角镜头引起的图像畸变校正方法

广角镜头引起的图像畸变校正方法


在当前的市面上 ， 常用的普通镜头拍摄角度大约在３ ０ 。 左右 ， 而 程组求解 ， 只需要得到镜头的焦距数据 ， 就 能够进行迅速的畸变校 广角镜头能够达到９ ０ 。 － １ ２ ０ 。 的拍摄视角。 随着 科技 的发展， 在军事 、 正。 在实际应用 当中， 需要首先分析等效球面模型 ， 然后建立相应的 医疗 、 交通 、 工业等领域 当中， 计算机视 觉系统得到 了很大 的应用 。 映射关系 ， 再通过简单的计算 ， 就能够得出最 终结构 ， 从而实现广角 因此 ， 人们普遍 使用 了大视场的广角镜头 ， 从而获得 更大场景 中的 镜头图像 畸变的校正。 通过比较我们不难看 出， 在快捷性、 便利性等 景物信息。 但是 ， 由于受到很多 因素的影响， 使得通过广角镜头拍摄 方面 ， 等效球面模型法都具有 优于模板法的特点 ， 在 图像畸变校正 的画面在成像过程 中会发生一定程度上 的畸变 ， 从而影响图像 的清 的实 际应用 中， 取得了比较理想 的效果 。
广角镜头引起的图像 畸变校正 。
同心 圆模板法是基于平面网格模板法产生 的， 因此不但具有精 参 考 文 献： 度高等优点 ， 在 畸变系数 求解的过程中， 还更加方便 。 畸变成分可以 ［ １ ］ 吴开兴， 段马丽， 张惠民， 王鹏． 广角图像畸变校 正算法的研 究与实
信息技术 与应用
广角镜头引起的图像畸变校正方法
张辉 丁林
（ 昆明船舶设备试验研究中心， 云南昆明 ６ ５ ０ ０ ５ １ ）
【 摘 要ｌ 广角镜头在 当前的图像处理领域 当中， 具有十分广泛的应用， 例如超市、 教室、 银行等公共场所的专用监视 系统、 车栽监控系统、 医 用 电子 内窥镜 系统等 。 虽然在成像 系统 中采 用广 角镜 头能够使 成像范 围得到 扩大’ 但是 同时产 生的图像 畸 变情 况也 十分严重， 会增加 对拍摄 目 标 的辨 析难 度 。 因此， 为 了能够在保 证 大 范围成像的 同时， 还 原原始 图像 的 清晰程 度， 就 需要 对畸 变的 图像 进行校 正。 Ｉ 关键 词 】 广 角镜 头 图像 畸 变 校正 方法
广角摄像机标定及畸变图像修正方法研究

广角摄像机标定及畸变图像修正方法研究

其中，P 在世界坐标系的值为 ( XWYWZW ) ，
Pu 是 P 在像平面坐标系的投影点，其摄像机坐标 系的值为 (Xu Yu Zu) 。 θ 是摄像机坐标系 Z 轴与 像平面夹角，一般情况下 Z 轴与像平面垂直，θ 值
∗ 收稿日期：2017 年 11 月 10 日，修回日期：2017 年 12 月 24 日 基金项目：国家自然科学基金（编号：61703408）资助。 作者简介：刘立坤，男，硕士，工程师，研究方向：光学图像数据处理与分析。刘海波，男，硕士，工程师，研究方向：光学 图像数据处理与分析。
LIU Likun LIU Haibo （No. 92124 Troops of PLA，Dalian 116023）
Abstract Wide-angle camera can obtain the large angle view information，but the image distortion is larger after imaging， which makes it difficult for image processing and analysis later. The camera calibration technique is used to solve the distortion im⁃ age by solving the parameters distortion coefficients of the wide-angle camera. This calibration and correction method is widely used，which is applicable to the optical distortion correction of various camera systems in engineering applications，and which is good for the post data processing and analysis.