一種測(cè)量透鏡畸變的方法及系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種測(cè)量透鏡畸變的方法及系統(tǒng)，該方法包括：設(shè)置具有K×N個(gè)點(diǎn)構(gòu)成的點(diǎn)陣圖案的測(cè)試卡，K與N均為自然數(shù)，K等于或不等于N；獲取測(cè)試卡通過(guò)透鏡產(chǎn)生畸變后的畸變圖像；以畸變圖像左上角的點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，以原點(diǎn)向右為X軸正方向，以原點(diǎn)向下為Y軸正方向構(gòu)建畸變圖像的平面坐標(biāo)系；通過(guò)掃描檢索定位畸變圖像的中心點(diǎn)的坐標(biāo)以及所有非中心點(diǎn)，并確定中心點(diǎn)以及所有非中心點(diǎn)在平面坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值；利用中心點(diǎn)以及所有非中心點(diǎn)的坐標(biāo)值，根據(jù)畸變圖像畸變量計(jì)算公式，計(jì)算畸變圖像的畸變量，進(jìn)而得到透鏡的畸變量。本測(cè)量方法和系統(tǒng)能夠快速、準(zhǔn)確的定位測(cè)試卡的黑點(diǎn)，加快了圖像處理速度的同時(shí)提高了透鏡畸變測(cè)量的精度。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種測(cè)量透鏡畸變的方法及系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及領(lǐng)域圖像處理，具體涉及一種測(cè)量透鏡畸變的方法及系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技水平的提高，消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品以飛快的步伐邁入人類(lèi)生活，頭戴顯示類(lèi)產(chǎn)品憑借絢麗的外形及先進(jìn)的功能吸引著大眾的眼球。頭戴顯示類(lèi)產(chǎn)品將視覺(jué)技術(shù)完美的應(yīng)用與產(chǎn)品，其使用高分辨率的LCD屏顯示圖像，經(jīng)過(guò)透鏡放大，以便用戶(hù)能觀(guān)看到清晰的圖像；并采用3D技術(shù)處理圖像，讓用戶(hù)感受3D帶來(lái)的視覺(jué)沖擊感。然而透鏡將圖像放大的同時(shí)，也使得圖像產(chǎn)生了畸變，畸變屬于成像的幾何失真，它是由于焦平面上不同區(qū)域?qū)τ跋竦姆糯舐什煌纬傻漠?huà)面扭曲變形現(xiàn)象，這種變形的程度從畫(huà)面中心至畫(huà)面邊緣依次遞增，主要在畫(huà)面邊緣反映得較明顯。因此需要測(cè)量測(cè)這個(gè)畸變量，再通過(guò)圖像處理技術(shù)將畸變的圖像還原成正常的圖像，現(xiàn)有技術(shù)中的測(cè)量透鏡畸變的方法計(jì)算速度慢并且測(cè)量精度不高，還原為正常圖像具有較大的誤差，不能滿(mǎn)足圖像處理的需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供了一種測(cè)量透鏡畸變的方法及系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有的透鏡畸變測(cè)量方法計(jì)算速度慢且測(cè)量精度不高的問(wèn)題。
[0004]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0005]本發(fā)明提供了一種測(cè)量畸變圖像畸變量的方法，該方法包括:設(shè)置具有KXN個(gè)點(diǎn)構(gòu)成的點(diǎn)陣圖案的測(cè)試卡，K與N均為自然數(shù)，K等于或不等于N ；
[0006]獲取測(cè)試卡通過(guò)透鏡產(chǎn)生畸變后的畸變圖像；
[0007]以畸變圖像左上角的點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，以原點(diǎn)向右為X軸正方向，以原點(diǎn)向下為Y軸正方向構(gòu)建畸變圖像的平面坐標(biāo)系；
[0008]通過(guò)掃描檢索定位畸變圖像的中心點(diǎn)以及所有非中心點(diǎn)，并確定中心點(diǎn)以及所有非中心點(diǎn)在平面坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值；
[0009]利用中心點(diǎn)以及非中心點(diǎn)的坐標(biāo)值，計(jì)算畸變圖像的畸變量，進(jìn)而得到透鏡的畸變量。
[0010]其中，測(cè)試卡上中心點(diǎn)的半徑比所有非中心點(diǎn)的半徑大。
[0011]其中，通過(guò)掃描檢索定位畸變圖像的中心點(diǎn)以及所有非中心點(diǎn)包括:
[0012]設(shè)定一個(gè)以畸變圖像中心的坐標(biāo)值為中心的正方形檢索區(qū)域；正方形檢索區(qū)域的半徑大于等于中心點(diǎn)半徑的2倍；
[0013]以正方形檢索區(qū)域的左上角的一點(diǎn)為中心，設(shè)定一個(gè)半徑為中心點(diǎn)半徑的正方形掃描區(qū)域，以?huà)呙鑵^(qū)域的中心為掃描起始點(diǎn)，掃描該掃描區(qū)域并計(jì)算該區(qū)域內(nèi)所有像素點(diǎn)的平均值；
[0014]在檢索區(qū)域內(nèi)，按照順序移動(dòng)掃描區(qū)域的中心，直至掃描完檢索區(qū)域，比較掃描區(qū)域每次獲取到的像素點(diǎn)平均值，并將所有像素點(diǎn)平均值中的最小平均值或者最大平均值所在的掃描區(qū)域的中心確定為中心點(diǎn)的中心，進(jìn)而確定中心點(diǎn)中心的坐標(biāo)值，將中心點(diǎn)中心的坐標(biāo)值定位為中心點(diǎn)的坐標(biāo)值。
[0015]以此類(lèi)似的方法，定位出所有非中心點(diǎn)的坐標(biāo)值。
[0016]其中，按照順序移動(dòng)掃描區(qū)域的中心包括:
[0017]在檢索區(qū)域內(nèi)，按照從上到下、從左到右的順序移動(dòng)掃描區(qū)域的中心，直至掃描完檢索區(qū)域；
[0018]以此類(lèi)似的方法，定位出所有非中心點(diǎn)的坐標(biāo)值包括:
[0019]以中心點(diǎn)的中心為基準(zhǔn)，以特定的步長(zhǎng)，向左移動(dòng)正方形檢索區(qū)域，定位出與中心點(diǎn)同一行的左邊所有的非中心點(diǎn)，并確定非中心點(diǎn)的坐標(biāo)值；
[0020]以中心點(diǎn)的中心為基準(zhǔn)，以特定的步長(zhǎng)，向右移動(dòng)正方形檢索區(qū)域，定位出中心點(diǎn)同一行的右邊所有非中心點(diǎn)，并確定非中心點(diǎn)的坐標(biāo)值；
[0021]以中心點(diǎn)的中心為基準(zhǔn)，以特定的步長(zhǎng)，向下移動(dòng)正方形檢索區(qū)域，定位出中心點(diǎn)所在行的下一行所有非中心點(diǎn)，并確定非中心點(diǎn)的坐標(biāo)值；
[0022]以中心點(diǎn)的中心為基準(zhǔn)，以特定的步長(zhǎng)，向上移動(dòng)正方形檢索區(qū)域，定位出中心點(diǎn)所在行的上一行所有非中心點(diǎn)，并確定非中心點(diǎn)的坐標(biāo)值。
[0023]其中，該方法還包括:在緩存中定義一個(gè)二維數(shù)組，將中心點(diǎn)的坐標(biāo)信息存儲(chǔ)于二維數(shù)組的中心數(shù)值中；
[0024]依次將定位到的所有點(diǎn)按照畸變圖像上的相對(duì)物理位置，存儲(chǔ)于二維數(shù)組中，建立中心點(diǎn)以及所有非中心點(diǎn)與二維數(shù)組的索引關(guān)系。
[0025]其中，利用中心點(diǎn)以及非中心點(diǎn)的坐標(biāo)值，計(jì)算畸變圖像的畸變量，進(jìn)而得到透鏡的畸變量包括:
[0026]根據(jù)二維數(shù)組與中心點(diǎn)以及所有非中心點(diǎn)的索引關(guān)系，找出分別位于在畸變圖像上的四個(gè)點(diǎn)A1、A2、A3、A4，所述點(diǎn)A1、A2、A3、A4應(yīng)盡可同時(shí)滿(mǎn)足以下條件:
[0027]四個(gè)點(diǎn)Al、A2、A3、A4兩、兩處于同一基準(zhǔn)線(xiàn)；
[0028]根據(jù)四個(gè)點(diǎn)Al、A2、A3、A4及其兩兩所在的同一基準(zhǔn)線(xiàn)上所有非中心點(diǎn)與中心點(diǎn)的索引關(guān)系，找出四個(gè)點(diǎn)Al、A2、A3、A4兩兩所在的同一基準(zhǔn)線(xiàn)上的中間點(diǎn)，其中，點(diǎn)Al與點(diǎn)A2所在的基準(zhǔn)線(xiàn)的中間點(diǎn)記為BI，點(diǎn)A2與點(diǎn)A3所在的基準(zhǔn)線(xiàn)的中間點(diǎn)記為B2，點(diǎn)A3與點(diǎn)A4所在的基準(zhǔn)線(xiàn)的中間點(diǎn)記為B3,點(diǎn)Al與點(diǎn)A4所在的基準(zhǔn)線(xiàn)的中間點(diǎn)記為B4,中間點(diǎn)B1、B2、B3、B4同時(shí)滿(mǎn)足以下條件:
[0029]BI點(diǎn)、中心點(diǎn)、B3點(diǎn)這三個(gè)點(diǎn)位于同一基準(zhǔn)線(xiàn)；
[0030]B2點(diǎn)、中心點(diǎn)、B4點(diǎn)這三個(gè)點(diǎn)位于同一基準(zhǔn)線(xiàn)；
[0031]點(diǎn)Al、A2相對(duì)于點(diǎn)BI的索引差值相等并記為m，點(diǎn)A3、A4相對(duì)于點(diǎn)B3的索引差值相等并記為η,且m = η ;
[0032]點(diǎn)Al、Α4相對(duì)于點(diǎn)Β4索引差值相等并記為U，點(diǎn)Α2、A3相對(duì)于點(diǎn)Β2的索引差值相等并記為V，且V = U。
[0033]其中，利用中心點(diǎn)以及非中心點(diǎn)的坐標(biāo)值，計(jì)算畸變圖像的畸變量包括:
[0034]根據(jù)如下公式計(jì)算出畸變圖像垂直方向的畸變量:
[0035]Vertical = 100% *(DisAlA4+DisA2A3)/(2*DisBlB3)
[0036]其中，DisAlA4表示點(diǎn)Al和A4的之間距離，DisA2A3表示點(diǎn)A2和A3之間的距離，DisBlB3表示點(diǎn)BI和B3之間的距離，Vertical表示畸變圖像垂直方向的畸變量；
[0037]根據(jù)如下公式計(jì)算出畸變圖像水平方向的畸變量:
[0038]Horizontal = 100% *(DisAlA2+DisA3A4)/(2*DisB2B4)
[0039]其中，DisAlA2表示點(diǎn)Al和A2的距離，DisA3A4表示點(diǎn)A3和A4的距離，DisB2B表示點(diǎn)B2和B4的距離，Horizontal表示畸變圖像水平方向的畸變量。
[0040]其中，獲取測(cè)試卡通過(guò)透鏡產(chǎn)生畸變后的畸變圖像包括:
[0041]采用高像素的工業(yè)相機(jī)，相機(jī)中心、透鏡中心以及測(cè)試卡中心重合，通過(guò)透鏡拍攝測(cè)試卡，得到畸變圖像。
[0042]其中，當(dāng)中心點(diǎn)以及非中心點(diǎn)為黑色的點(diǎn)時(shí)，將所有像素點(diǎn)平均值中的最小平均值所在的掃描區(qū)域的中心確定為中心黑點(diǎn)的中心，并確定中心黑點(diǎn)中心的坐標(biāo)值。
[0043]本發(fā)明還提供一種測(cè)量透鏡畸變的系統(tǒng)，應(yīng)用上述的方法測(cè)量透鏡畸變，該系統(tǒng)包括:
[0044]測(cè)試卡，具有KXN個(gè)點(diǎn)構(gòu)成的點(diǎn)陣圖案；
[0045]成像裝置，用于獲取測(cè)試卡通過(guò)透鏡產(chǎn)生畸變后的畸變圖像；
[0046]圖像處理裝置，用于以畸變圖像左上角的點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，以原點(diǎn)向右為X軸正方向，以原點(diǎn)向下為Y軸正方向構(gòu)建畸變圖像的平面坐標(biāo)系；通過(guò)掃描檢索定位畸變圖像的中心點(diǎn)以及所有非中心點(diǎn)，并確定中心點(diǎn)以及所有非中心點(diǎn)在平面坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值；以及利用中心點(diǎn)以及非中心點(diǎn)的坐標(biāo)值，計(jì)算畸變圖像的畸變量，進(jìn)而得到透鏡的畸變量。
[0047]本發(fā)明的這種測(cè)量透鏡畸變的方法及系統(tǒng)，能夠快速、準(zhǔn)確的定位測(cè)試卡上的所有點(diǎn)，實(shí)際誤差范圍達(dá)到亞像素級(jí)別，達(dá)到快速的計(jì)算畸變圖像的畸變量，真實(shí)反應(yīng)出透鏡的畸變的目的。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0048]圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的一種測(cè)量透鏡畸變的方法的流程圖；
[0049]圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的測(cè)試卡的示意圖；
[0050]圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的獲取崎變圖像的不意圖；
[0051]圖4是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的測(cè)試卡經(jīng)過(guò)透鏡畸變后的畸變圖像示意圖；
[0052]圖5是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的對(duì)畸變圖像的黑點(diǎn)進(jìn)行定位的模型圖；
[0053]圖6是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的定位出的所有黑點(diǎn)實(shí)物圖；
[0054]圖7是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的黑點(diǎn)坐標(biāo)緩存的示意圖；
[0055]圖8是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的畸變圖像畸變量計(jì)算的參照?qǐng)D。

【具體實(shí)施方式】
[0056]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0057]本發(fā)明的核心思想是利用一種新的畸變圖像測(cè)試卡，該測(cè)試卡上設(shè)置有黑點(diǎn)這些黑點(diǎn)組成點(diǎn)陣圖案，并基于該測(cè)試卡進(jìn)行坐標(biāo)定位，快速識(shí)別出畸變圖像的所有黑點(diǎn)的坐標(biāo)，并根據(jù)所有黑點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算出畸變圖像的畸變量。本發(fā)明的這種測(cè)量方法能夠快速的找到測(cè)試卡上的黑點(diǎn)，加快畸變量測(cè)量的處理速度，提高測(cè)量精度。
[0058]圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的一種測(cè)量透鏡畸變的方法的流程圖；參見(jiàn)圖1，該方法包括:
[0059]步驟S110，設(shè)置具有KXN個(gè)點(diǎn)構(gòu)成的點(diǎn)陣圖案的測(cè)試卡，K與N均為自然數(shù)，K等于或不等于N;
[0060]步驟S120，獲取測(cè)試卡通過(guò)透鏡產(chǎn)生畸變后的畸變圖像；
[0061]步驟S130，以畸變圖像左上角的點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，以原點(diǎn)向右為X軸正方向，以原點(diǎn)向下為Y軸正方向構(gòu)建畸變圖像的平面坐標(biāo)系；
[0062]步驟S140，通過(guò)掃描檢索定位畸變圖像的中心點(diǎn)以及所有非中心點(diǎn)，并確定中心點(diǎn)以及所有非中心點(diǎn)在平面坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值；
[0063]步驟S150，利用中心點(diǎn)以及非中心點(diǎn)的坐標(biāo)值，計(jì)算畸變圖像的畸變量，進(jìn)而得到透鏡的畸變量。
[0064]通過(guò)構(gòu)建畸變圖像平面坐標(biāo)系，快速識(shí)別畸變圖像中所有的點(diǎn)，并計(jì)算畸變圖像上所有點(diǎn)的坐標(biāo)值，該測(cè)量方法計(jì)算量少，進(jìn)而提高了畸變圖像測(cè)量時(shí)的速度，同時(shí)，采用K X N個(gè)點(diǎn)構(gòu)成的點(diǎn)陣圖案的測(cè)試卡保證了測(cè)量精度的提高。
[0065]圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的測(cè)試卡的示意圖；參見(jiàn)圖2，顯示了本實(shí)施例中所使用的測(cè)試卡的局部:一個(gè)21行和21列的黑色的點(diǎn)構(gòu)成的方陣，I表示方陣的中心黑點(diǎn)；中心黑點(diǎn)的半徑比其他所有非中心黑點(diǎn)的半徑大，以便于在拍攝畸變圖像時(shí)將其與相機(jī)中心對(duì)齊，另外，中心黑點(diǎn)半徑較大也便于在利用圖像處理技術(shù)進(jìn)行計(jì)算處理時(shí)識(shí)別其為中心點(diǎn)。可以理解，圖2只是本實(shí)施例截取的透鏡拍攝到的測(cè)試卡的畸變圖像中間的部分，由于透鏡導(dǎo)致測(cè)試卡的畸變，畸變圖像邊緣部分會(huì)呈現(xiàn)近似圓形的形狀，中間部分近似矩陣排列。
[0066]在頭戴顯示類(lèi)產(chǎn)品等其他類(lèi)似智能顯示產(chǎn)品使用高分辨率的IXD屏顯示圖像時(shí)，需要經(jīng)過(guò)透鏡放大，以便用戶(hù)能觀(guān)看到清晰的圖像，但透鏡將圖像放大的同時(shí)，會(huì)使圖像產(chǎn)生畸變。本發(fā)明的方法是對(duì)畸變圖像畸變量的測(cè)量，在進(jìn)行測(cè)量前需要獲取畸變圖像。圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的獲取畸變圖像的示意圖，參見(jiàn)圖3，高像素(例如I千萬(wàn)像素)的工業(yè)相機(jī)31通過(guò)透鏡32拍攝置于頭戴顯示類(lèi)產(chǎn)品IXD屏33上的測(cè)試卡，將測(cè)試卡圖片的中心與所述相機(jī)31的中心以及透鏡32的中心重合，則此時(shí)拍攝到的畸變圖像就能準(zhǔn)確表示透鏡造成圖像的畸變量。圖4是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的測(cè)試圖像經(jīng)過(guò)透鏡后畸變后的畸變圖像示意圖，圖4能最大反應(yīng)出計(jì)算透鏡畸變的合適區(qū)域，邊緣上四個(gè)角的點(diǎn)盡可能的靠近圖像邊緣，且兩兩處于邊緣上最外圍且最完整的同一基準(zhǔn)線(xiàn)，一般為FXF的點(diǎn)陣區(qū)域，F(xiàn)為奇數(shù)；參見(jiàn)圖4，測(cè)試卡經(jīng)過(guò)透鏡放大的同時(shí)也發(fā)生了枕形畸變，畸變使得測(cè)試卡上的黑點(diǎn)位置發(fā)生偏移，并且每個(gè)黑點(diǎn)偏移的位置不一樣，畸變圖像上四周邊緣位置的黑點(diǎn)的畸變程度最嚴(yán)重。本發(fā)明采用坐標(biāo)定位方式定位該畸變圖像上所有黑點(diǎn)的坐標(biāo)值，在測(cè)試卡經(jīng)過(guò)透鏡發(fā)生了畸變后的畸變圖像上，中心點(diǎn)以及其他非中心點(diǎn)的物理相對(duì)位置是不變的，具體的坐標(biāo)值可能發(fā)生了變化，利用坐標(biāo)定位技術(shù)定位出所有黑點(diǎn)的坐標(biāo)，由于黑點(diǎn)的相對(duì)物理位置不變，而實(shí)際的坐標(biāo)值發(fā)生了改變，利用改變的所有黑點(diǎn)的坐標(biāo)值以及畸變量計(jì)算公式得到該畸變圖像的畸變量值，并進(jìn)而得到透鏡的畸變量，從而調(diào)整畸變圖像以減小還原為正常圖像時(shí)的誤差。
[0067]下面結(jié)合圖5和圖6具體說(shuō)明對(duì)畸變圖像的所有黑點(diǎn)進(jìn)行定位:圖5是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的對(duì)畸變圖像的黑點(diǎn)進(jìn)行定位的模型圖；圖6是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的定位出的所有黑點(diǎn)實(shí)物圖；
[0068]通過(guò)掃描檢索定位畸變圖像的中心點(diǎn)以及所有非中心點(diǎn)具體為:設(shè)定一個(gè)以畸變圖像中心的坐標(biāo)值為中心的正方形檢索區(qū)域；正方形檢索區(qū)域的半徑大于等于中心點(diǎn)半徑的2倍；以正方形檢索區(qū)域的左上角的一點(diǎn)為中心，設(shè)定一個(gè)半徑為中心點(diǎn)半徑的正方形掃描區(qū)域，以?huà)呙鑵^(qū)域的中心為掃描起始點(diǎn)，掃描該掃描區(qū)域內(nèi)的圖像并計(jì)算該區(qū)域內(nèi)圖像所有像素點(diǎn)的平均值；在檢索區(qū)域內(nèi)，按照順序移動(dòng)掃描區(qū)域的中心，直至掃描完檢索區(qū)域，比較掃描區(qū)域每次獲取到的像素點(diǎn)平均值，并將所有像素點(diǎn)平均值中的最小平均值或者最大平均值所在的掃描區(qū)域的中心確定為中心點(diǎn)的中心，并確定中心點(diǎn)中心的坐標(biāo)值，將中心點(diǎn)中心的坐標(biāo)值定位為中心點(diǎn)的坐標(biāo)值。
[0069]以此類(lèi)似的方法，定位出所有非中心點(diǎn)的坐標(biāo)值。
[0070]參見(jiàn)圖5，在本實(shí)施例中，測(cè)試卡上中心點(diǎn)和非中心為黑色的點(diǎn)，在圖5所不的中心黑點(diǎn)所在的黑色區(qū)域中，以黑點(diǎn)的半徑52的2倍或者比黑點(diǎn)半徑2倍更大的半徑51定義一個(gè)正方形的檢索區(qū)域，以該檢索區(qū)域左上角的一點(diǎn)為中心，定義一個(gè)以黑點(diǎn)半徑為半徑53的方形掃描區(qū)域，在該半徑較大的檢索區(qū)域內(nèi)，按照從上到下、從左到右的順序依次移動(dòng)該掃描區(qū)域的中心進(jìn)行掃描；每掃描一次，記錄一個(gè)該掃描區(qū)域內(nèi)所有像素點(diǎn)的平均值；直至將該檢索區(qū)域掃描完畢，比較每次掃描區(qū)域獲取到的平均像素值中最小平均值所在的掃描區(qū)域，以該掃描區(qū)域的中心確定為中心黑點(diǎn)的中心，完成中心黑點(diǎn)的定位，計(jì)算該中心黑點(diǎn)坐標(biāo)值并保存?？梢岳斫猓趹?yīng)用本發(fā)明的方法時(shí)，測(cè)試卡上的點(diǎn)的顏色不限于黑色這一種，因而在對(duì)測(cè)試卡上的點(diǎn)進(jìn)行定位時(shí)，應(yīng)該根據(jù)具體點(diǎn)顏色的像素值選取平均值最小或者最大的掃描區(qū)域作為中心點(diǎn)的中心點(diǎn)，在本實(shí)施例中，測(cè)試卡上點(diǎn)的顏色為黑色，那么掃描區(qū)域包含的黑色部分越多，像素值較小，純黑的像素值為O。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，測(cè)試卡的底色可能為黑色，中心點(diǎn)以及非中心點(diǎn)的顏色例如白色這種情況下，在利用掃描區(qū)域進(jìn)行定位時(shí)，將掃描區(qū)域像素點(diǎn)平均值中最大平均值(白色的像素值為255)所在的掃描區(qū)域的中心定位為中心點(diǎn)的中心。
[0071]與定位中心黑點(diǎn)的方法類(lèi)似，定位出所有非中心黑點(diǎn)，具體如下:以中心黑點(diǎn)的中心為基準(zhǔn)，以特定的步長(zhǎng)，向左移動(dòng)正方形檢索區(qū)域，定位出與中心黑點(diǎn)的同一行的左邊所有非中心黑點(diǎn)，并確定非中心黑點(diǎn)的坐標(biāo)值；然后向右移動(dòng)正方形檢索區(qū)域，定位出中心黑點(diǎn)同一行的右邊所有非中心黑點(diǎn)，并確定非中心黑點(diǎn)的坐標(biāo)值；以中心黑點(diǎn)的中心為基準(zhǔn)，以特定的步長(zhǎng)，向下移動(dòng)正方形檢索區(qū)域，定位出中心黑點(diǎn)所在行的下一行所有非中心黑點(diǎn)，并確定非中心黑點(diǎn)的坐標(biāo)值；以中心黑點(diǎn)的中心為基準(zhǔn)，以特定的步長(zhǎng)，向上移動(dòng)正方形檢索區(qū)域，定位出中心黑點(diǎn)所在行的上一行所有非中心黑點(diǎn)，并確定非中心黑點(diǎn)的坐標(biāo)值。
[0072]在定位非中心黑點(diǎn)的時(shí)，選取的正方形的檢索區(qū)域的半徑為非中心黑點(diǎn)的半徑2倍或者更大的值。在移動(dòng)檢索區(qū)域時(shí)的特定步長(zhǎng)是指畸變圖像上每?jī)蓚€(gè)黑點(diǎn)中心之間的距離，它是一個(gè)預(yù)先設(shè)定的經(jīng)驗(yàn)值，每次移動(dòng)這個(gè)距離可以避免不必要的掃描，提高掃描區(qū)域掃描的速度和效率。
[0073]圖6是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的定位出的所有黑點(diǎn)實(shí)物圖；參見(jiàn)圖6，定位出中心黑點(diǎn)和所有非中心黑點(diǎn)后用圓圈進(jìn)行標(biāo)注。通過(guò)上述步驟確定中心黑點(diǎn)以及非中心其他黑點(diǎn)的坐標(biāo)值并保存。
[0074]在對(duì)坐標(biāo)值進(jìn)行保存時(shí)，本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例采用二維數(shù)組的方式進(jìn)行存儲(chǔ)，圖7是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的黑點(diǎn)坐標(biāo)緩存的示意圖；參見(jiàn)圖7示例性的選取了畸變圖像上的幾個(gè)點(diǎn)，將選取的這些點(diǎn)的坐標(biāo)值按照在畸變圖像上的相對(duì)物理位置進(jìn)行保存，先在緩存中定義一個(gè)長(zhǎng)度能夠至少包含所有點(diǎn)的二維數(shù)組，(根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景的不同，畸變圖像上黑點(diǎn)的數(shù)量不同，設(shè)置不同長(zhǎng)度的二維數(shù)組)例如本實(shí)施例中，定義了一個(gè)二維數(shù)組array [41] [41]長(zhǎng)度為41，定義了二維數(shù)組后，先將中心黑點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行存儲(chǔ)，在存儲(chǔ)時(shí)找到二維數(shù)組的最中間位置array [21] [21],將中心黑點(diǎn)的坐標(biāo)放入數(shù)組array [21] [21],將畸變圖像中心黑點(diǎn)同一行的左邊那個(gè)黑點(diǎn)的坐標(biāo)放入array[20] [21]中，以此類(lèi)推，將畸變圖像上其他黑點(diǎn)的坐標(biāo)值放入二維數(shù)組中，建立畸變圖像黑點(diǎn)與二維數(shù)組的索引關(guān)系。
[0075]圖8是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的畸變圖像畸變量計(jì)算的參照?qǐng)D，參見(jiàn)圖8，在得到所有黑點(diǎn)的坐標(biāo)值后，觀(guān)察畸變圖像，選取畸變圖像上畸變最能表現(xiàn)畸變程度的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，參見(jiàn)圖8，快速查找緩存中二維數(shù)組，先找到能最大程度反應(yīng)計(jì)算透鏡畸變的四個(gè)點(diǎn)Al、A2、A3、A4這四個(gè)點(diǎn)應(yīng)盡可能的靠近畸變圖像邊緣(即Al、A2、A3、A4這四個(gè)點(diǎn)所限定的區(qū)域能最大反應(yīng)出計(jì)算透鏡畸變的合適區(qū)域，Al、A2、A3、A4這四個(gè)點(diǎn)兩兩處于邊緣上最外圍且最完整的同一基準(zhǔn)線(xiàn)上并定義出選取的該基準(zhǔn)線(xiàn)的末端)，并同時(shí)滿(mǎn)足以下條件:
[0076]A1、A2、A3、A4這四個(gè)點(diǎn)兩、兩處于同一基準(zhǔn)線(xiàn)；點(diǎn)Al與點(diǎn)A2連線(xiàn)與中心點(diǎn)所在的豎直基準(zhǔn)線(xiàn)相交的點(diǎn)記為BI ;點(diǎn)A2與點(diǎn)A3連線(xiàn)與中心點(diǎn)所在的水平基準(zhǔn)線(xiàn)相交的點(diǎn)記為B2 ;同理，確定出B3和B4點(diǎn)。點(diǎn)A1、A2相對(duì)于BI點(diǎn)的索引差值相等記為m,點(diǎn)A3、A4相對(duì)于B3點(diǎn)的索引差值相等記為η,并且m = η = 9, B1、0(中心黑點(diǎn))、Β3這三點(diǎn)位于同一基準(zhǔn)線(xiàn)；同理，Al、Α4相對(duì)Β4點(diǎn)索引差值相等記為u，Α2、A3相對(duì)于Β2點(diǎn)的索引差值相等記為V，并且V = u = 9，且Β1、0(中心黑點(diǎn))、Β3這三點(diǎn)位于同一基準(zhǔn)線(xiàn)，Β2、0(中心黑點(diǎn))、Β4這三點(diǎn)位于同一基準(zhǔn)線(xiàn)，索引差值為9表示中黑心點(diǎn)距離BI點(diǎn)相隔9個(gè)黑點(diǎn)。B1、Β2、Β3、Β4可以看成是四個(gè)點(diǎn)Al、Α2、A3、Α4兩、兩所在的同一基準(zhǔn)線(xiàn)上的中間點(diǎn)(或稱(chēng)中點(diǎn))，即點(diǎn)Al與點(diǎn)Α2所在的基準(zhǔn)線(xiàn)的中心點(diǎn)為BI，點(diǎn)Α2與點(diǎn)A3所在的基準(zhǔn)線(xiàn)的中間點(diǎn)為Β2，點(diǎn)A3與點(diǎn)Α4所在的基準(zhǔn)線(xiàn)的中間點(diǎn)為Β3，點(diǎn)Al與點(diǎn)Α4所在的基準(zhǔn)線(xiàn)的中間點(diǎn)為Β4。
[0077]得到上面關(guān)鍵點(diǎn)Α1-Α4和Β1-Β4的坐標(biāo)值后，根據(jù)畸變量計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算:
[0078]根據(jù)如下公式計(jì)算出畸變圖像水平方向的畸變量:
[0079]Horizontal = 100% *(DisAlA2+DisA3A4)/(2*DisB2B4)
[0080]其中，DisAlA2表示點(diǎn)Al和A2的距離，DisA3A4表示點(diǎn)A3和A4的距離，DisB2B表示點(diǎn)B2和B4的距離，Horizontal表示畸變圖像水平方向的畸變量。
[0081]同理，根據(jù)如下公式計(jì)算出畸變圖像垂直方向的畸變量:
[0082]Vertical = 100% *(DisAlA4+DisA2A3)/(2*DisBlB3)
[0083]其中，DisAlA4表示點(diǎn)Al和A4的距離，DisA2A3表示點(diǎn)A2和A3的距離，DisBlB3表示點(diǎn)BI和B3的距離，Vertical表示畸變圖像垂直方向的畸變量。
[0084]計(jì)算得到畸變圖像的水平方向的畸變量和垂直方向的畸變量后，即可得到該畸變圖像的畸變量，進(jìn)而得到透鏡的畸變量，對(duì)該畸變圖像進(jìn)行調(diào)整，以更好的還原圖像，減小誤差。
[0085]本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例還提供了一種測(cè)量透鏡畸變的系統(tǒng)，應(yīng)用圖1所示的方法測(cè)量透鏡畸變，該系統(tǒng)包括:
[0086]測(cè)試卡，具有KXN個(gè)點(diǎn)構(gòu)成的點(diǎn)陣圖案；
[0087]成像裝置，用于獲取測(cè)試卡通過(guò)透鏡產(chǎn)生畸變后的畸變圖像；
[0088]圖像處理裝置，用于以畸變圖像左上角的點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，以原點(diǎn)向右為X軸正方向，以原點(diǎn)向下為Y軸正方向構(gòu)建畸變圖像的平面坐標(biāo)系；通過(guò)掃描檢索定位畸變圖像的中心點(diǎn)以及所有非中心點(diǎn)，并確定中心點(diǎn)以及所有非中心點(diǎn)在平面坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值；以及利用中心點(diǎn)以及非中心點(diǎn)的坐標(biāo)值，計(jì)算畸變圖像的畸變量，進(jìn)而得到透鏡的畸變量。
[0089]綜上，本發(fā)明的這種測(cè)量透鏡畸變的方法及系統(tǒng)，基于畸變圖像定義了新的平面坐標(biāo)系，利用坐標(biāo)定位，快速、準(zhǔn)確的找到測(cè)試卡上的點(diǎn)，加快圖像處理的速度和效率；而且誤差范圍達(dá)到亞像素級(jí)別，提高了測(cè)量精度；另外利用緩存數(shù)組存儲(chǔ)圖像上點(diǎn)的坐標(biāo)信息，方便快速查找圖像點(diǎn)的坐標(biāo)并計(jì)算畸變圖像的畸變量，較真實(shí)的反應(yīng)出透鏡的畸變程度。
[0090]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種測(cè)量透鏡畸變的方法，其特征在于，該方法包括: 設(shè)置具有KXN個(gè)點(diǎn)構(gòu)成的點(diǎn)陣圖案的測(cè)試卡，K與N均為自然數(shù)，K等于或不等于N ； 獲取所述測(cè)試卡通過(guò)所述透鏡產(chǎn)生畸變后的畸變圖像； 以所述畸變圖像左上角的點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，以原點(diǎn)向右為X軸正方向，以原點(diǎn)向下為Y軸正方向構(gòu)建所述畸變圖像的平面坐標(biāo)系； 通過(guò)掃描檢索定位所述畸變圖像的中心點(diǎn)以及所有非中心點(diǎn)，并確定中心點(diǎn)以及所有非中心點(diǎn)在所述平面坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值； 利用所述中心點(diǎn)以及非中心點(diǎn)的坐標(biāo)值，計(jì)算所述畸變圖像的畸變量，進(jìn)而得到所述透鏡的畸變量。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于， 所述測(cè)試卡上中心點(diǎn)的半徑比所有非中心點(diǎn)的半徑大。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述通過(guò)掃描檢索定位所述畸變圖像的中心點(diǎn)以及所有非中心點(diǎn)包括: 設(shè)定一個(gè)以所述畸變圖像中心的坐標(biāo)值為中心的正方形檢索區(qū)域；所述正方形檢索區(qū)域的半徑大于等于所述中 心點(diǎn)半徑的2倍； 以所述正方形檢索區(qū)域的左上角的一點(diǎn)為中心，設(shè)定一個(gè)半徑為中心點(diǎn)半徑的正方形掃描區(qū)域，以所述掃描區(qū)域的中心為掃描起始點(diǎn)，掃描所述掃描區(qū)域并計(jì)算該區(qū)域內(nèi)所有像素點(diǎn)的平均值； 在所述檢索區(qū)域內(nèi)，按照順序移動(dòng)所述掃描區(qū)域的中心，直至掃描完所述檢索區(qū)域，t匕較所述掃描區(qū)域每次獲取到的像素點(diǎn)平均值，并將所有像素點(diǎn)平均值中的最小平均值或者最大平均值所在的掃描區(qū)域的中心確定為所述中心點(diǎn)的中心，進(jìn)而確定所述中心點(diǎn)中心的坐標(biāo)值，將所述中心點(diǎn)中心的坐標(biāo)值定位為所述中心點(diǎn)的坐標(biāo)值； 以此類(lèi)似的方法，定位出所有非中心點(diǎn)的坐標(biāo)值。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述按照順序移動(dòng)所述掃描區(qū)域的中心包括: 在所述檢索區(qū)域內(nèi)，按照從上到下、從左到右的順序移動(dòng)所述掃描區(qū)域的中心，直至掃描完所述檢索區(qū)域； 所述以此類(lèi)似的方法，定位出所有非中心點(diǎn)的坐標(biāo)值包括: 以所述中心點(diǎn)的中心為基準(zhǔn)，以特定的步長(zhǎng)，向左移動(dòng)所述正方形檢索區(qū)域，定位出與所述中心點(diǎn)同一行的左邊所有的非中心點(diǎn)，并確定所述非中心點(diǎn)的坐標(biāo)值； 以所述中心點(diǎn)的中心為基準(zhǔn)，以特定的步長(zhǎng)，向右移動(dòng)所述正方形檢索區(qū)域，定位出與所述中心點(diǎn)同一行的右邊所有非中心點(diǎn)，并確定所述非中心點(diǎn)的坐標(biāo)值； 以所述中心點(diǎn)的中心為基準(zhǔn)，以特定的步長(zhǎng)，向下移動(dòng)所述正方形檢索區(qū)域，定位出所述中心點(diǎn)所在行的下一行所有非中心點(diǎn)，并確定所述非中心點(diǎn)的坐標(biāo)值； 以所述中心點(diǎn)的中心為基準(zhǔn)，以特定的步長(zhǎng)，向上移動(dòng)所述正方形檢索區(qū)域，定位出所述中心點(diǎn)所在行的上一行所有非中心點(diǎn)，并確定所述非中心點(diǎn)的坐標(biāo)值。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法還包括: 在緩存中定義一個(gè)二維數(shù)組，將所述中心點(diǎn)的坐標(biāo)信息存儲(chǔ)于所述二維數(shù)組的中心數(shù)組中；依次將定位到的所有點(diǎn)按照所述畸變圖像上的相對(duì)物理位置，存儲(chǔ)于所述二維數(shù)組中，建立所述中心點(diǎn)以及所有非中心點(diǎn)與所述二維數(shù)組的索引關(guān)系。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于， 所述利用所述中心點(diǎn)以及非中心點(diǎn)的坐標(biāo)值，計(jì)算所述畸變圖像的畸變量，進(jìn)而得到所述透鏡的畸變量包括: 根據(jù)所述二維數(shù)組與所述中心點(diǎn)以及所有非中心點(diǎn)的索引關(guān)系，找出分別位于所述畸變圖像邊緣上的四個(gè)點(diǎn)A1、A2、A3、A4，所述四個(gè)點(diǎn)A1、A2、A3、A4，同時(shí)滿(mǎn)足以下條件:四個(gè)點(diǎn)Al、A2、A3、A4兩、兩處于所述畸變圖像邊緣上的同一基準(zhǔn)線(xiàn)； 根據(jù)所述四個(gè)點(diǎn)Al、A2、A3、A4及其兩兩所在的同一基準(zhǔn)線(xiàn)上所有非中心點(diǎn)與所述中心點(diǎn)的索引關(guān)系，找出四個(gè)點(diǎn)A1、A2、A3、A4兩兩所在的同一基準(zhǔn)線(xiàn)上的中間點(diǎn)，其中，點(diǎn)Al與點(diǎn)A2所在的基準(zhǔn)線(xiàn)的中間點(diǎn)記為BI，點(diǎn)A2與點(diǎn)A3所在的基準(zhǔn)線(xiàn)的中間點(diǎn)記為B2，點(diǎn)A3與點(diǎn)A4所在的基準(zhǔn)線(xiàn)的中間點(diǎn)記為B3,點(diǎn)AI與點(diǎn)A4所在的基準(zhǔn)線(xiàn)的中間點(diǎn)記為B4,中間點(diǎn)B1、B2、B3、B4同時(shí)滿(mǎn)足以下條件: BI點(diǎn)、中心點(diǎn)、B3點(diǎn)這三個(gè)點(diǎn)位于同一基準(zhǔn)線(xiàn)； B2點(diǎn)、中心點(diǎn)、B4點(diǎn)這三個(gè)點(diǎn)位于同一基準(zhǔn)線(xiàn)； 點(diǎn)Al、A2相對(duì)于點(diǎn)BI的索引差值相等并記為m，點(diǎn)A3、A4相對(duì)于點(diǎn)B3的索引差值相等并記為η,且m = η ; 點(diǎn)Al、Α4相對(duì)于點(diǎn)Β4索引差值相等并記為U，點(diǎn)Α2、A3相對(duì)于點(diǎn)Β2的索引差值相等并記為V，且V = U。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述利用所述中心點(diǎn)以及非中心點(diǎn)的坐標(biāo)值，計(jì)算所述畸變圖像的畸變量包括: 根據(jù)如下公式計(jì)算所述畸變圖像垂直方向的畸變量:
Vertical = 100% *(DisAlA4+DisA2A3)/(2*DisBlB3) 其中，DisAlA4表示點(diǎn)Al和A4之間的距離，DisA2A3表示點(diǎn)A2和A3之間的距離，DisBlB3表示點(diǎn)BI和B3之間的距離，Vertical表示畸變圖像垂直方向的畸變量； 根據(jù)如下公式計(jì)算所述畸變圖像水平方向的畸變量:
Horizontal = 100% *(DisAlA2+DisA3A4)/(2*DisB2B4) 其中，DisAlA2表示點(diǎn)Al和A2的距離，DisA3A4表示點(diǎn)A3和A4的距離，DisB2B表示點(diǎn)B2和B4的距離，Horizontal表示畸變圖像水平方向的畸變量。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述獲取所述測(cè)試卡通過(guò)所述透鏡產(chǎn)生畸變后的畸變圖像包括: 選取工業(yè)相機(jī)； 使得所述工業(yè)相機(jī)中心、透鏡中心以及所述測(cè)試卡中心重合； 所述工業(yè)相機(jī)通過(guò)透鏡拍攝所述測(cè)試卡，得到所述畸變圖像。
9.如權(quán)利3所述的方法，其特征在于， 當(dāng)所述中心點(diǎn)以及所述非中心點(diǎn)為黑色的點(diǎn)時(shí)，將所述所有像素點(diǎn)平均值中的最小平均值所在的掃描區(qū)域的中心確定為所述中心黑點(diǎn)的中心，并確定所述中心黑點(diǎn)中心的坐標(biāo)值。
10.一種測(cè)量透鏡畸變的系統(tǒng)，其特征在于，應(yīng)用權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的方法測(cè)量透鏡畸變，所述系統(tǒng)包括: 測(cè)試卡，具有KXN個(gè)點(diǎn)構(gòu)成的點(diǎn)陣圖案； 成像裝置，用于獲取所述測(cè)試卡通過(guò)所述透鏡產(chǎn)生畸變后的畸變圖像； 圖像處理裝置，用于以所述畸變圖像左上角的點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，以原點(diǎn)向右為X軸正方向，以原點(diǎn)向下為Y軸正方向構(gòu)建所述畸變圖像的平面坐標(biāo)系；通過(guò)掃描檢索定位所述畸變圖像的中心點(diǎn)以及所有非中心點(diǎn)，并確定中心點(diǎn)以及所有非中心點(diǎn)在所述平面坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值；以及利用所述中心點(diǎn)以及非中心點(diǎn)的坐標(biāo)值，計(jì)算所述畸變圖像的畸變量，進(jìn)而得到所述透鏡的畸變 量。
【文檔編號(hào)】G01M11/02GK104048815SQ201410302056
【公開(kāi)日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】陳興儀, 徐建軍, 牛錫亮 申請(qǐng)人:青島歌爾聲學(xué)科技有限公司