專利名稱：：基于橢圓形魚(yú)眼圖像的畸變校正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及魚(yú)眼圖像的校正方法，更具體地說(shuō)是一種橢圓形魚(yú)眼圖像的畸變校正方法。
背景技術(shù)：
：在計(jì)算機(jī)視覺(jué)、虛擬現(xiàn)實(shí)、機(jī)器人導(dǎo)航及視覺(jué)監(jiān)控等領(lǐng)域中，往往需要得到更大角度范圍的圖像，即使廣角鏡頭在使用上也會(huì)存在種種限制，然而魚(yú)眼攝像機(jī)可以滿足這些要求，其視角范圍可以很大甚至接近全視角范圍，可以有效滿足以上領(lǐng)域的需要，因此目前能夠得到大視角的魚(yú)眼圖像的魚(yú)眼鏡頭得到廣泛的使用。魚(yú)眼圖像與現(xiàn)實(shí)中日?？吹降耐敢晥D像有很大不同，在獲得很大的視角的同時(shí)，其得到的魚(yú)眼圖像存在著較大程度的變形和失真，所以在對(duì)魚(yú)眼圖像使用之前往往需要進(jìn)行畸變校正。通過(guò)已有的魚(yú)眼圖像校正算法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)一些魚(yú)眼圖像的校正和部分校正，得到各種可實(shí)際應(yīng)用的大視角透視圖像。目前，我們通過(guò)魚(yú)眼鏡頭產(chǎn)生的魚(yú)眼圖像往往都是圓形的魚(yú)眼圖像，而對(duì)這種圓形魚(yú)眼圖像的畸變處理中往往使用球面模型或者其他一些模型。隨著攝像機(jī)鏡頭技術(shù)的發(fā)展，國(guó)外已經(jīng)出現(xiàn)一種產(chǎn)生橢圓形魚(yú)眼圖像的魚(yú)眼鏡頭，如ImmerVision公司生產(chǎn)的一系列新型魚(yú)眼鏡頭，其鏡片組中使用兩組柱面透鏡，產(chǎn)生的魚(yú)眼圖像就是一種180度視角的橢圓形魚(yú)眼圖像，圖l所示為新型魚(yú)眼鏡頭產(chǎn)生的橢圓形魚(yú)眼圖像。在一些領(lǐng)域中，使用新型魚(yú)眼鏡頭產(chǎn)生的橢圓形魚(yú)眼圖像遠(yuǎn)比普通鏡頭產(chǎn)生的圓形魚(yú)眼圖像有更大的優(yōu)點(diǎn)，例如視頻監(jiān)控中，往往監(jiān)控區(qū)域形狀是多樣的，如要對(duì)一個(gè)長(zhǎng)方形走廊進(jìn)行監(jiān)控，普通魚(yú)眼攝像機(jī)無(wú)法做到對(duì)某一方向或區(qū)域給予更多的關(guān)注，而新型魚(yú)眼攝像機(jī)在使用中確定好方向，可以通過(guò)對(duì)走廊的延伸方向區(qū)域采集更多的像素點(diǎn)而給予其更多的關(guān)注，再通過(guò)橢圓魚(yú)眼圖像畸變校正程序，就能更有效的利用魚(yú)眼攝像機(jī)得到更多更清晰的有用信息。傳統(tǒng)的魚(yú)眼圖像畸變校正方法都是針對(duì)圓形魚(yú)眼圖像的，迄今為止還沒(méi)有一種用于實(shí)現(xiàn)橢圓魚(yú)眼圖像校正的有效方法。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是為避免現(xiàn)有技術(shù)局限在處理圓形魚(yú)眼圖像的弊端，提供一種針對(duì)180度視角的基于橢圓形魚(yú)眼圖像的畸變校正方法，尤其是在未知攝像機(jī)參數(shù)的情況下能快速簡(jiǎn)潔的得到橢圓形魚(yú)眼圖像校正后的透視圖像。本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案本發(fā)明橢圓形魚(yú)眼圖像的校正方法的特點(diǎn)是按如下步驟進(jìn)行步驟1、建立橢圓拋物面模型，并在所述橢圓拋物面模型上建立魚(yú)眼成像變換關(guān)系和魚(yú)眼圖像到透視圖像的變換關(guān)系；所述橢圓拋物面模型的建立過(guò)程為在空間直角坐標(biāo)系0XYZ中建立一橢圓拋物面，設(shè)置所述空間直角坐標(biāo)系0XYZ的原點(diǎn)為0點(diǎn)，所述橢圓拋物面關(guān)于空間直角坐標(biāo)系OXYZ中的X軸及Y軸對(duì)稱，所述橢圓拋物面的頂點(diǎn)在Z軸的正半軸上，開(kāi)口朝向空間直角坐標(biāo)系OXYZ中Z軸的負(fù)方向；令所述橢圓拋物面與空間直角坐標(biāo)系OXYZ中X軸、Y軸和Z軸的交點(diǎn)分別為&(ri，0，0)、I(0，r2，0)、(0，0，r3)，則所述橢圓拋物面在所述空間直角坐標(biāo)系OXYZ中的橢圓拋物面模型為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>式中X，y，Z分別為所述橢圓拋物面模型的三個(gè)未知參數(shù)；所述魚(yú)眼成像變換關(guān)系為所述空間直角坐標(biāo)系OXYZ中任意一物點(diǎn)D(x〃，y〃，z〃)點(diǎn)投影到空間直角坐標(biāo)系OXYZ中XOY成像平面上的像點(diǎn)A(x，y)點(diǎn)的變換關(guān)系，連接空間直角坐標(biāo)系OXYZ的原點(diǎn)0與所述物點(diǎn)D(x〃，y〃，z〃)點(diǎn)交所述橢圓拋物面于轉(zhuǎn)換點(diǎn)B(x，y，z)點(diǎn)，做所述轉(zhuǎn)換點(diǎn)B(x，y，z)點(diǎn)到XOY成像平面的垂線，并與所述XOY成像平面交于像點(diǎn)A(x，y)點(diǎn)；則所述魚(yú)眼成像變換關(guān)系為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>在所述空間直角坐標(biāo)系OXYZ中指定z=z'表示的平面為透視圖像平面f，所述z=z'中的z'為任一正實(shí)數(shù)，所述魚(yú)眼圖像到透視圖像的變換關(guān)系為所述空間直角坐標(biāo)系OXYZ中XOY成像平面上的像點(diǎn)A(x，y)點(diǎn)投影到空間直角坐標(biāo)系OXYZ中透視圖像平面上的透視點(diǎn)C(x'，y')點(diǎn)的變換關(guān)系；所述透視圖像平面為連接原點(diǎn)O和所述轉(zhuǎn)換點(diǎn)B(x，y，z)點(diǎn)并延長(zhǎng)至與所述透視圖像平面f相交，交點(diǎn)為所述透視點(diǎn)C(x'，y')點(diǎn)；則所述魚(yú)眼圖像到透視圖像的變換關(guān)系為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>步驟2、標(biāo)定步驟1中所述橢圓拋物面模型的參數(shù)設(shè)定魚(yú)眼像機(jī)按正方形采集像素，拍攝一幅魚(yú)眼圖像，所述魚(yú)眼圖像橢圓面長(zhǎng)半軸與短半軸的像素?cái)?shù)并分別記為a和b;在所述魚(yú)眼圖像上標(biāo)記一條由被拍攝空間中直線映射在所述魚(yú)眼圖像中的映射曲線，在所述映射曲線上間隔采集三個(gè)映射點(diǎn)，將所述三個(gè)映射點(diǎn)的像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到空間直角坐標(biāo)系OXYZ中；令<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>，設(shè)定z=z'，由式(3)得到所述三個(gè)映射點(diǎn)和原點(diǎn)0在透視圖像上的坐標(biāo)，根據(jù)所述三個(gè)映射點(diǎn)和原點(diǎn)0在透視圖像上的坐標(biāo)關(guān)系按修改原則、以迭代的方式修改模型中參數(shù)1~3的數(shù)值，直至使所述三個(gè)映射點(diǎn)在透視圖像上呈一直線，并且與所述原點(diǎn)0在透視圖像上的映射點(diǎn)不在一條直線上，記錄此時(shí)的r3的數(shù)值；所述修改原則為若所得透視圖像上三個(gè)映射點(diǎn)和原點(diǎn)0形成為凸四邊形，則增大r3值；若形成為凹四邊形，則減小r3的值；步驟3、對(duì)魚(yú)眼圖像進(jìn)行畸變校正設(shè)定生成的透視圖像分辨率，在所述空間直角坐標(biāo)系OXYZ中任意指定一點(diǎn)做為透視圖像中心點(diǎn)0'，連接原點(diǎn)0與所述透視圖像中心點(diǎn)0'，設(shè)定與00'垂直并過(guò)0'點(diǎn)的平面為透視圖像平面g;在所述透視圖像平面g上，以所述O'點(diǎn)為原點(diǎn)，以過(guò)0'點(diǎn)垂直于所述空間直角坐標(biāo)系OXYZ中的Y軸的直線為X'軸，以過(guò)0'點(diǎn)且垂直于X'軸的直線為Y'軸，建立以像素為單位的平面直角坐標(biāo)系X'0'Y'，在所述平面直角坐標(biāo)系X'0'Y'上標(biāo)記一整數(shù)坐標(biāo)點(diǎn)Q(x'》，將所述整數(shù)坐標(biāo)點(diǎn)Q(x'》轉(zhuǎn)換到空間直角坐標(biāo)系OXYZ中，由式(2)得到像素點(diǎn)Q(x'15y'》點(diǎn)在所述X0Y成像平面中的像點(diǎn)A0q，y》，在所述X0Y成像平面中找到與像點(diǎn)A0q，y》相鄰的四個(gè)整數(shù)像素點(diǎn)，對(duì)所述四個(gè)整數(shù)像素點(diǎn)使用四點(diǎn)插值方法計(jì)算出像點(diǎn)AOq，y》的像素值，記所述像點(diǎn)AOq，yi)的像素值為所求的X'0'Y'坐標(biāo)系上(；(x'15y'》點(diǎn)的像素值；使用所求得X'0'Y'坐標(biāo)系上Q(x'15y'》點(diǎn)的像素值的方法求得所述透視圖像平面g上每一像素點(diǎn)的像素值，得到透視中心為0'的透視圖像，完成魚(yú)眼圖像畸變的校正。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在1、在處理魚(yú)眼圖像過(guò)程中，由于攝像機(jī)鏡頭的光學(xué)成像模型大多是未知的，本發(fā)明使用橢圓形拋物面成像垂直映像模型來(lái)對(duì)其進(jìn)行建模，橢圓拋物面具有很多好的光學(xué)性質(zhì)，其參數(shù)可調(diào)范圍很大，比其它的一些常用模型能更好的擬合光學(xué)鏡頭成像模型，因此在畸變校正時(shí)會(huì)有更好的效果。2、在魚(yú)眼攝像機(jī)的參數(shù)信息未知的情況下，魚(yú)眼圖像校正過(guò)程中需要確定的的模型參數(shù)過(guò)多，計(jì)算較為復(fù)雜，為了簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程，本發(fā)明使用攝像機(jī)視點(diǎn)坐標(biāo)系，設(shè)定魚(yú)眼攝像機(jī)按正方形采集像素，使用像素坐標(biāo)系，近似的用像素?cái)?shù)作為模型的參數(shù)，并用一種優(yōu)化的迭代逼近算法求出模型的另一個(gè)參數(shù)。這樣極大的減少了計(jì)算量，并且有效的實(shí)現(xiàn)了通過(guò)少量信息對(duì)橢圓拋物面模型的標(biāo)定，最終能夠較好的實(shí)現(xiàn)魚(yú)眼圖像的校正。3、在對(duì)橢圓形魚(yú)眼圖像的校正時(shí)，本發(fā)明使用的是多視角轉(zhuǎn)移算法來(lái)生成各個(gè)視角的透視圖像，這種方法得到的透視圖像能突出細(xì)節(jié)信息，并且更加具有真實(shí)感。實(shí)驗(yàn)證明，這套系統(tǒng)算法可以在所給信息量較少的情況下很好的實(shí)現(xiàn)對(duì)180度橢圓形魚(yú)眼圖像的畸變校正處理，并且計(jì)算量較少，甚至可以擴(kuò)展到攝像機(jī)實(shí)時(shí)視頻處理領(lǐng)域。圖1為新型魚(yú)眼鏡頭產(chǎn)生的橢圓形魚(yú)眼圖像。圖2為橢圓形魚(yú)眼圖像校正的實(shí)現(xiàn)過(guò)程流程圖。圖3為橢圓拋物面魚(yú)眼鏡頭成像模型。圖4為魚(yú)眼圖像到任意視角透視圖像的映射模型。具體實(shí)施例方式本發(fā)明橢圓形魚(yú)眼圖像的校正過(guò)程分三步進(jìn)行，如圖2所示，其實(shí)現(xiàn)過(guò)程詳細(xì)描述如下1、建立橢圓拋物面模型，并在所述橢圓拋物面模型上建立魚(yú)眼成像變換關(guān)系和魚(yú)眼圖像到透視圖像的變換關(guān)系；所述橢圓拋物面模型的建立過(guò)程為如圖3所示，在空間直角坐標(biāo)系0XYZ中建立一橢圓拋物面，設(shè)置所述空間直角坐標(biāo)系的原點(diǎn)為O點(diǎn)，所述橢圓拋物面關(guān)于空間直角坐標(biāo)系中的X軸及Y軸對(duì)稱，所述橢圓拋物面的頂點(diǎn)在Z軸的正半軸上，開(kāi)口朝向空間直角坐標(biāo)系中Z軸的負(fù)方向；令所述橢圓拋物面與空間直角坐標(biāo)系中X軸、Y軸和Z軸的交點(diǎn)分別為X工0v0，0)、^(0，^，0)、ZjO，0，ig，則所述橢圓拋物面在所述空間直角坐標(biāo)系中的橢圓拋物面模型為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>式中X，y，Z分別為所述橢圓拋物面模型的三個(gè)未知參數(shù)；所述魚(yú)眼成像變換關(guān)系為所述空間直角坐標(biāo)系中任意一物點(diǎn)D(x〃，y〃，z〃)點(diǎn)投影到空間直角坐標(biāo)系中XOY成像平面上的像點(diǎn)A(x，y)點(diǎn)的變換關(guān)系，連接空間直角坐標(biāo)系的原點(diǎn)O與所述物點(diǎn)D(x"，y"，z")點(diǎn)交所述橢圓拋物面于轉(zhuǎn)換點(diǎn)B(x，y，z)點(diǎn)，做所述轉(zhuǎn)換點(diǎn)B(x，y，z)點(diǎn)到XOY成像平面的垂線，并與所述XOY成像平面交于像點(diǎn)A(x，y)點(diǎn)；則所述魚(yú)眼成像變換關(guān)系為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>在所述空間直角坐標(biāo)系中指定z=z'表示的平面為透視圖像平面f，所述z=z'中的z'為任一正實(shí)數(shù)，所述魚(yú)眼圖像到透視圖像的變換關(guān)系為所述空間直角坐標(biāo)系中XOY成像平面上的像點(diǎn)A(x，y)點(diǎn)投影到空間直角坐標(biāo)系中透視圖像平面上的透視點(diǎn)C(x'，y')點(diǎn)的變換關(guān)系；所述透視圖像平面為連接原點(diǎn)O和所述轉(zhuǎn)換點(diǎn)B(x，y，z)點(diǎn)并延長(zhǎng)至與所述透視圖像平面f相交，交點(diǎn)為所述透視點(diǎn)C(x'，y')點(diǎn)；則所述魚(yú)眼圖像到透視圖像的變換關(guān)系為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>2、設(shè)定魚(yú)眼像機(jī)按正方形采集像素，拍攝一幅魚(yú)眼圖像，所述魚(yú)眼圖像橢圓面長(zhǎng)半軸與短半軸的像素?cái)?shù)分別記為a和b;對(duì)攝像機(jī)坐標(biāo)系下建立的魚(yú)眼成像模型進(jìn)行標(biāo)定，已知攝像機(jī)的視點(diǎn)中心點(diǎn)是坐標(biāo)系原點(diǎn)，要標(biāo)定的是攝像機(jī)的內(nèi)部參數(shù)巧、1^和r3。在所述魚(yú)眼圖像上標(biāo)記一條由被拍攝空間中直線映射在所述魚(yú)眼圖像中的映射曲線，在所述映射曲線上間隔采集三個(gè)映射點(diǎn)，將所述三個(gè)映射點(diǎn)的像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到空間直角坐標(biāo)系中，所述像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系為圖像上任一像素點(diǎn)坐標(biāo)P'(s，t)，轉(zhuǎn)換到P'(s-a，b-t)。令ri=a、r2=b，r3=(a+b)/2，設(shè)定z=z'，由式(3)得到所述三個(gè)映射點(diǎn)和原點(diǎn)0在透視圖像上的坐標(biāo)。為了更好的描述迭代計(jì)算過(guò)程，首先設(shè)定三種條件如果三個(gè)映射點(diǎn)在透視圖像上呈一直線，并且與所述原點(diǎn)O在透視圖像上的映射點(diǎn)0'不在一條直線上，條件1成立，如果所得透視圖像上三個(gè)映射點(diǎn)和原點(diǎn)0'形成為凸四邊形，條件2成立，如果所得透視圖像上三個(gè)映射點(diǎn)和原點(diǎn)O'形成為凹四邊形，條件3成立。根據(jù)所述三個(gè)映射點(diǎn)和原點(diǎn)O在透視圖像上的坐標(biāo)所形成的位置關(guān)系按下段的修改原則以迭代的方式修改模型中參數(shù)1~3的數(shù)值，直至使所述三個(gè)映射點(diǎn)在透視圖像上呈一直線，并且所述原點(diǎn)0在透視圖像上的映射點(diǎn)不在這條直線上，記錄此時(shí)的r3的數(shù)值；所述修改原則為如果條件1成立，則停止運(yùn)算，記錄此時(shí)的r3的數(shù)值。如果條件2成立，則以等比例r3=2r3增大r3值，直至條件1或者條件3成立，若條件1成立則停止運(yùn)算，記錄此時(shí)的r3的數(shù)值，若是條件3成立，則說(shuō)明滿足條件1的r3的取值在r3與r3/2區(qū)之間，此時(shí)使用折半查法找到滿足條件1的最優(yōu)的iv如果條件3成立，則以等比例1~3=r3/2縮小r3的值，直至條件1或者條件2成立，若條件1成立則停止運(yùn)算，記錄此時(shí)的r3的數(shù)值，若是條件2成立，則說(shuō)明滿足條件1的r3的取值在1~3與2r3區(qū)之間，此時(shí)使用折半查法找到滿足條件l的最優(yōu)的iV3、對(duì)魚(yú)眼圖像進(jìn)行畸變校正設(shè)定生成的透視圖像分辨率，參考圖4，在所述空間直角坐標(biāo)系中任意指定一點(diǎn)做為透視圖像中心點(diǎn)0'，連接原點(diǎn)0與所述透視圖像中心點(diǎn)0'，設(shè)定與00'垂直并過(guò)0'點(diǎn)的平面為透視圖像平面g;在所述透視圖像平面g上以所述O'點(diǎn)為原點(diǎn)，以過(guò)0'點(diǎn)垂直于所述空間直角坐標(biāo)系中的Y軸的直線為X'軸，以過(guò)0'點(diǎn)垂直于X'軸的直線為Y'軸，建立以像素為單位的平面直角坐標(biāo)系X'0'Y'，在所述平面直角坐標(biāo)系X'0'Y'標(biāo)記一整數(shù)坐標(biāo)點(diǎn)Q(x'py'》，將所述整數(shù)坐標(biāo)點(diǎn)Q(x'15y'》轉(zhuǎn)換到空間直角坐標(biāo)系中，由式(2)得到像素點(diǎn)Q(x'》點(diǎn)在所述X0Y成像平面中的像點(diǎn)^0q，y》，在所述X0Y成像平面中找到與像點(diǎn)AOq，y》相鄰的四個(gè)整數(shù)像素點(diǎn)，對(duì)所述四個(gè)整數(shù)像素點(diǎn)使用四點(diǎn)插值方法計(jì)算出像點(diǎn)AOq，y》的像素值，記所述像點(diǎn)AOq，y》的像素值為所求的X'0'Y'坐標(biāo)系上Q(x'15y'》點(diǎn)的像素值。使用所求得X'0'Y'坐標(biāo)系上Q(x'15y'》點(diǎn)的像素值的方法求得所述透視圖像平面g上每一像素點(diǎn)的像素值，得到透視中心為0'的透視圖像，完成魚(yú)眼圖像畸變的校正。權(quán)利要求基于橢圓形魚(yú)眼圖像的畸變校正方法，其特征是按如下步驟進(jìn)行步驟1、建立橢圓拋物面模型，并在所述橢圓拋物面模型上建立魚(yú)眼成像變換關(guān)系和魚(yú)眼圖像到透視圖像的變換關(guān)系；所述橢圓拋物面模型的建立過(guò)程為在空間直角坐標(biāo)系OXYZ中建立一橢圓拋物面，設(shè)置所述空間直角坐標(biāo)系OXYZ的原點(diǎn)為O點(diǎn)，所述橢圓拋物面關(guān)于空間直角坐標(biāo)系OXYZ中的X軸及Y軸對(duì)稱，所述橢圓拋物面的頂點(diǎn)在Z軸的正半軸上，開(kāi)口朝向空間直角坐標(biāo)系OXYZ中Z軸的負(fù)方向；令所述橢圓拋物面與空間直角坐標(biāo)系OXYZ中X軸、Y軸和Z軸的交點(diǎn)分別為X1(r1，0，0)、Y1(0，r2，0)、Z1(0，0，r3)，則所述橢圓拋物面在所述空間直角坐標(biāo)系OXYZ中的橢圓拋物面模型為<mrow><mfrac><mrow><msub><mi>r</mi><mn>3</mn></msub><mo>×</mo><msup><mi>x</mi><mn>2</mn></msup></mrow><msup><msub><mi>r</mi><mn>1</mn></msub><mn>2</mn></msup></mfrac><mo>+</mo><mfrac><mrow><msub><mi>r</mi><mn>3</mn></msub><mo>×</mo><msup><mi>y</mi><mn>2</mn></msup></mrow><msup><msub><mi>r</mi><mn>2</mn></msub><mn>2</mn></msup></mfrac><mo>=</mo><msub><mi>r</mi><mn>3</mn></msub><mo>-</mo><mi>z</mi><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>式中x，y，z分別為所述橢圓拋物面模型的三個(gè)未知參數(shù)；所述魚(yú)眼成像變換關(guān)系為所述空間直角坐標(biāo)系OXYZ中任意一物點(diǎn)D(x″，y″，z″)點(diǎn)投影到空間直角坐標(biāo)系OXYZ中XOY成像平面上的像點(diǎn)A(x，y)點(diǎn)的變換關(guān)系，連接空間直角坐標(biāo)系OXYZ的原點(diǎn)O與所述物點(diǎn)D(x″，y″，z″)點(diǎn)交所述橢圓拋物面于轉(zhuǎn)換點(diǎn)B(x，y，z)點(diǎn)，做所述轉(zhuǎn)換點(diǎn)B(x，y，z)點(diǎn)到XOY成像平面的垂線，并與所述XOY成像平面交于像點(diǎn)A(x，y)點(diǎn)；則所述魚(yú)眼成像變換關(guān)系為<mrow><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><mi>x</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>r</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>r</mi><mn>2</mn></msub><msup><mi>x</mi><mo>″</mo></msup><msqrt><msup><msub><mi>r</mi><mn>1</mn></msub><mn>2</mn></msup><msup><msub><mi>r</mi><mn>2</mn></msub><mn>2</mn></msup><msup><mi>z</mi><mrow><mo>″</mo><mn>2</mn></mrow></msup><mo>+</mo><mn>4</mn><msup><msub><mi>r</mi><mn>2</mn></msub><mn>2</mn></msup><msup><msub><mi>r</mi><mn>3</mn></msub><mn>2</mn></msup><msup><mrow><mi>x</mi><mo>″</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><mn>4</mn><msup><msub><mi>r</mi><mn>1</mn></msub><mn>2</mn></msup><msup><msub><mi>r</mi><mn>3</mn></msub><mn>2</mn></msup><msup><mi>y</mi><mrow><mo>″</mo><mn>2</mn></mrow></msup></msqrt><mo>-</mo><msup><msub><mi>r</mi><mn>1</mn></msub><mn>2</mn></msup><msup><msub><mi>r</mi><mn>2</mn></msub><mn>2</mn></msup><msup><mi>x</mi><mo>″</mo></msup><msup><mi>z</mi><mo>″</mo></msup></mrow><mrow><mn>2</mn><msub><mi>r</mi><mn>3</mn></msub><mrow><mo>(</mo><msup><msub><mi>r</mi><mn>1</mn></msub><mn>2</mn></msup><msup><mi>y</mi><mrow><mo>″</mo><mn>2</mn></mrow></msup><mo>+</mo><msup><msub><mi>r</mi><mn>2</mn></msub><mn>2</mn></msup><msup><mi>x</mi><mrow><mo>″</mo><mn>2</mn></mrow></msup><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>y</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>r</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>r</mi><mn>2</mn></msub><msup><mi>y</mi><mo>″</mo></msup><msqrt><msup><msub><mi>r</mi><mn>1</mn></msub><mn>2</mn></msup><msup><msub><mi>r</mi><mn>2</mn></msub><mn>2</mn></msup><msup><mi>z</mi><mrow><mo>″</mo><mn>2</mn></mrow></msup><mo>+</mo><mn>4</mn><msup><msub><mi>r</mi><mn>2</mn></msub><mn>2</mn></msup><msup><msub><mi>r</mi><mn>3</mn></msub><mn>2</mn></msup><msup><mi>x</mi><mrow><mo>″</mo><mn>2</mn></mrow></msup><mo>+</mo><mn>4</mn><msup><msub><mi>r</mi><mn>1</mn></msub><mn>2</mn></msup><msup><msub><mi>r</mi><mn>3</mn></msub><mn>2</mn></msup><msup><mi>y</mi><mrow><mo>″</mo><mn>2</mn></mrow></msup></msqrt><mo>-</mo><msup><msub><mi>r</mi><mn>1</mn></msub><mn>2</mn></msup><msup><msub><mi>r</mi><mn>2</mn></msub><mn>2</mn></msup><msup><mi>y</mi><mo>″</mo></msup><msup><mi>z</mi><mo>″</mo></msup></mrow><mrow><mn>2</mn><msub><mi>r</mi><mn>3</mn></msub><mrow><mo>(</mo><msup><msub><mi>r</mi><mn>1</mn></msub><mn>2</mn></msup><msup><mi>y</mi><mrow><mo>″</mo><mn>2</mn></mrow></msup><mo>+</mo><msup><msub><mi>r</mi><mn>2</mn></msub><mn>2</mn></msup><msup><mi>x</mi><mrow><mo>″</mo><mn>2</mn></mrow></msup><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>在所述空間直角坐標(biāo)系OXYZ中指定z＝z′表示的平面為透視圖像平面f，所述z＝z′中的z′為任一正實(shí)數(shù)，所述魚(yú)眼圖像到透視圖像的變換關(guān)系為所述空間直角坐標(biāo)系OXYZ中XOY成像平面上的像點(diǎn)A(x，y)點(diǎn)投影到空間直角坐標(biāo)系OXYZ中透視圖像平面上的透視點(diǎn)C(x′，y′)點(diǎn)的變換關(guān)系；所述透視圖像平面為連接原點(diǎn)O和所述轉(zhuǎn)換點(diǎn)B(x，y，z)點(diǎn)并延長(zhǎng)至與所述透視圖像平面f相交，交點(diǎn)為所述透視點(diǎn)C(x′，y′)點(diǎn)；則所述魚(yú)眼圖像到透視圖像的變換關(guān)系為<mrow><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><msup><mi>x</mi><mo>′</mo></msup><mo>=</mo><mfrac><mrow><msup><mi>z</mi><mo>′</mo></msup><mi>x</mi></mrow><mrow><msub><mi>r</mi><mn>3</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mfrac><msup><mi>x</mi><mn>2</mn></msup><msup><msub><mi>r</mi><mn>1</mn></msub><mn>2</mn></msup></mfrac><mo>-</mo><mfrac><msup><mi>y</mi><mn>2</mn></msup><msup><msub><mi>r</mi><mn>2</mn></msub><mn>2</mn></msup></mfrac><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac></mtd></mtr><mtr><mtd><msup><mi>y</mi><mo>′</mo></msup><mo>=</mo><mfrac><mrow><msup><mi>z</mi><mo>′</mo></msup><mi>y</mi></mrow><mrow><msub><mi>r</mi><mn>3</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mfrac><msup><mi>x</mi><mn>2</mn></msup><msup><msub><mi>r</mi><mn>1</mn></msub><mn>2</mn></msup></mfrac><mo>-</mo><mfrac><msup><mi>y</mi><mn>2</mn></msup><msup><msub><mi>r</mi><mn>2</mn></msub><mn>2</mn></msup></mfrac><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>步驟2、標(biāo)定步驟1中所述橢圓拋物面模型的參數(shù)設(shè)定魚(yú)眼像機(jī)按正方形采集像素，拍攝一幅魚(yú)眼圖像，所述魚(yú)眼圖像橢圓面長(zhǎng)半軸與短半軸的像素?cái)?shù)并分別記為a和b；在所述魚(yú)眼圖像上標(biāo)記一條由被拍攝空間中直線映射在所述魚(yú)眼圖像中的映射曲線，在所述映射曲線上間隔采集三個(gè)映射點(diǎn)，將所述三個(gè)映射點(diǎn)的像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到空間直角坐標(biāo)系OXYZ中；令r1＝a、r2＝b，r3＝(a+b)/2，設(shè)定z＝z′，由式(3)得到所述三個(gè)映射點(diǎn)和原點(diǎn)O在透視圖像上的坐標(biāo)，根據(jù)所述三個(gè)映射點(diǎn)和原點(diǎn)O在透視圖像上的坐標(biāo)關(guān)系按修改原則、以迭代的方式修改模型中參數(shù)r3的數(shù)值，直至使所述三個(gè)映射點(diǎn)在透視圖像上呈一直線，并且與所述原點(diǎn)O在透視圖像上的映射點(diǎn)不在一條直線上，記錄此時(shí)的r3的數(shù)值；所述修改原則為若所得透視圖像上三個(gè)映射點(diǎn)和原點(diǎn)O形成為凸四邊形，則增大r3值；若形成為凹四邊形，則減小r3的值；步驟3、對(duì)魚(yú)眼圖像進(jìn)行畸變校正設(shè)定生成的透視圖像分辨率，在所述空間直角坐標(biāo)系OXYZ中任意指定一點(diǎn)做為透視圖像中心點(diǎn)O′，連接原點(diǎn)O與所述透視圖像中心點(diǎn)O′，設(shè)定與OO′垂直并過(guò)O′點(diǎn)的平面為透視圖像平面g；在所述透視圖像平面g上，以所述O′點(diǎn)為原點(diǎn)，以過(guò)O′點(diǎn)垂直于所述空間直角坐標(biāo)系OXYZ中的Y軸的直線為X′軸，以過(guò)O′點(diǎn)且垂直于X′軸的直線為Y′軸，建立以像素為單位的平面直角坐標(biāo)系X′O′Y′，在所述平面直角坐標(biāo)系X′O′Y′上標(biāo)記一整數(shù)坐標(biāo)點(diǎn)C1(x′1，y′1)，將所述整數(shù)坐標(biāo)點(diǎn)C1(x′1，y′1)轉(zhuǎn)換到空間直角坐標(biāo)系OXYZ中，由式(2)得到像素點(diǎn)C1(x′1，y′1)點(diǎn)在所述XOY成像平面中的像點(diǎn)A1(x1，y1)，在所述XOY成像平面中找到與像點(diǎn)A1(x1，y1)相鄰的四個(gè)整數(shù)像素點(diǎn)，對(duì)所述四個(gè)整數(shù)像素點(diǎn)使用四點(diǎn)插值方法計(jì)算出像點(diǎn)A1(x1，y1)的像素值，記所述像點(diǎn)A1(x1，y1)的像素值為所求的X′O′Y′坐標(biāo)系上C1(x′1，y′1)點(diǎn)的像素值；使用所求得X′O′Y′坐標(biāo)系上C1(x′1，y′1)點(diǎn)的像素值的方法求得所述透視圖像平面g上每一像素點(diǎn)的像素值，得到透視中心為O′的透視圖像，完成魚(yú)眼圖像畸變的校正。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種基于橢圓形魚(yú)眼圖像的畸變校正方法，其特征是首先在攝像機(jī)坐標(biāo)系下使用橢圓拋物面建立橢圓魚(yú)眼圖像成像模型，然后使用像素坐標(biāo)系對(duì)模型的參數(shù)進(jìn)行近似的標(biāo)定，最后使用建立的模型對(duì)得到的魚(yú)眼圖進(jìn)行畸變校正。本發(fā)明提供一種針對(duì)180度視角的基于橢圓形魚(yú)眼圖像的畸變校正方法，尤其是在未知攝像機(jī)參數(shù)的情況下能快速簡(jiǎn)潔的得到橢圓形魚(yú)眼圖像校正后的透視圖像。文檔編號(hào)G06T15/00GK101739707SQ20091018595公開(kāi)日2010年6月16日申請(qǐng)日期2009年12月16日優(yōu)先權(quán)日2009年12月16日發(fā)明者徐剛強(qiáng),路強(qiáng)申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)