本發(fā)明屬于數(shù)據(jù)識別領(lǐng)域中的圖像捕獲和圖像拾取技術(shù)，具體涉及魚眼鏡頭圖象有效區(qū)域提取管理方法及其系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著超高分辨率傳感器技術(shù)的突破、信號處理器處理速度的飛速提升，超高分辨率攝像機(jī)在工業(yè)界和消費(fèi)電子中的應(yīng)用日益普及。考慮到體積、安裝維護(hù)、使用等方便性，超大視野的魚眼廣角鏡頭攝像機(jī)在汽車、監(jiān)控、游戲等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

魚眼鏡頭可看作一個(gè)半球，并滿足球面投影模型。相比于普通鏡頭，魚眼鏡頭具有更廣的視場角，故其可獲取更多的圖像信息；但是魚眼鏡頭所記錄的圖像均為寬視野內(nèi)場景畸變的圖像。監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用魚眼鏡頭，必須解決全景畸變的校正問題。魚眼鏡頭的原理如圖1所示，以原心o為中心，把鏡頭放在o點(diǎn)處，xoy是像平面，拍攝方向?yàn)檠豲z軸?？臻g中任意點(diǎn)p，p連接o點(diǎn)與半球交于p1，再做oz軸的平行線p1p2交xoy面于p2點(diǎn)，即p2點(diǎn)為空間點(diǎn)p的像點(diǎn)。當(dāng)拍攝場景達(dá)到180°時(shí)，圖像將布滿圓平面，形成一幅完整的魚眼圖像，由此可知魚眼圖像的有效區(qū)域是圓形的。類似的，也可以將最小外接正方形作為魚眼圖像的有效區(qū)域。

魚眼畸變圖像的校正主要分三步：第一步為魚眼畸變圖像有效區(qū)域的提取，第二步為魚眼畸變圖像的畸變校正模型應(yīng)用，第三步為插值處理。其中，魚眼畸變圖像有效區(qū)域提取的準(zhǔn)確與否直接影響魚眼畸變圖像是否能被準(zhǔn)確校準(zhǔn)。目前，魚眼畸變圖像的有效區(qū)域提取方法主要有：最小二乘擬合法、面積統(tǒng)計(jì)法和區(qū)域生長法。

最小二乘擬合法求解圓方程一般的思路是采用擬合的方法。由于魚眼圖像在圓形區(qū)域外像素點(diǎn)的灰度值很小，而在圓形區(qū)域內(nèi)灰度值很小的像素點(diǎn)是比較少的，可以定義較小閾值，由此對圖像進(jìn)行二值化，然后對得到的圖像做輪廓跟蹤，例如可采用逐行掃描的方法，可求得圓周上的所有像素點(diǎn)，然后用最小二乘法擬合圓方程即可求得圓心和半徑。時(shí)間復(fù)雜度為o(n2)。

一般拍攝的魚眼圖像的有效區(qū)域的灰度值較小的像素點(diǎn)很少時(shí)可以采用面積統(tǒng)計(jì)法。該方法首先定義一個(gè)閾值t(考慮到一般數(shù)碼相機(jī)噪點(diǎn)的灰度大部分小于30，故取t＝30),將像素灰度值i的值大于t的點(diǎn)的面積sum求出，同時(shí)求出i之和大于t點(diǎn)一次距∑x，∑y，其中(x，y)為魚眼圖像的像素坐標(biāo)，那么，很容易推出一下結(jié)論：x0＝∑x/sum，y0＝∑y/sum

其中r為魚眼圖像半徑，(x0，y0)為魚眼圖像的圓心。時(shí)間復(fù)雜度為o(n2)。

區(qū)域生長法的基本思想是根據(jù)事先定義的相似性準(zhǔn)則，將圖像中滿足相似性準(zhǔn)則的像素或子區(qū)域聚合成更大區(qū)域的過程。基本方法是首先在需要分割的區(qū)域中找一個(gè)“種子”像素作為生長的起點(diǎn)，其次將種子像素周圍鄰域中與種子像素有相同或相似性質(zhì)的像素合并到種子像素所在區(qū)域中，再以合并成的區(qū)域中的所有像素作為新的種子像素，繼續(xù)上面的相似性判別與合并過程，直到最后沒有滿足相似性條件的像素可被合并進(jìn)來為止。時(shí)間復(fù)雜度為o(nlogn)。

但是以上三種方法的缺點(diǎn)是在時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度方面仍然較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對上述三種方法存在的在時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度方面仍然較高的缺點(diǎn)，提出一種魚眼鏡頭成像的有效區(qū)域提取方法，根據(jù)亮度值確定有效區(qū)域的上下左右四邊周界，以及由它們確定的矩形區(qū)域。在時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度上均優(yōu)于以下幾種有效區(qū)域提取方法。時(shí)間復(fù)雜度遠(yuǎn)小于o(nlogn)。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出的具體技術(shù)方案是一種魚眼鏡頭成像有效區(qū)域的提取方法，包括以下步驟：

a)從上下、左右邊界分別向內(nèi)逐行逐列掃描；

b)根據(jù)公式從rgb值計(jì)算出亮度值i,i＝0.59r+0.11g+0.30b，每行或列內(nèi)亮度的最大與最小之間的差值與亮度閾值t進(jìn)行比較，大于t的屬于有效像素；

c)最左邊的存在有效象素點(diǎn)的列是左邊界，依此類推，確定右邊界、上邊界和下邊界；

d)由上述四個(gè)邊界所確定的矩形區(qū)域就是圖像的有效區(qū)域。

進(jìn)一步，上述矩形區(qū)域的中心就是魚眼圖像的中心。

上述矩形區(qū)域的中心為中心的最小外接正方形可以作為魚眼圖像的有效區(qū)域。

上述亮度閾值t可以根據(jù)數(shù)碼相機(jī)噪點(diǎn)的灰度值設(shè)定。

考慮到一般數(shù)碼相機(jī)噪點(diǎn)的灰度大部分小于30，故上述亮度閾值t取值優(yōu)選為30。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

1，本發(fā)明具有時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度均較小的特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于圖像領(lǐng)域，確定圖像的有效區(qū)域。

2，因?yàn)榱炼乳撝祎可以根據(jù)數(shù)碼相機(jī)噪點(diǎn)的灰度值設(shè)定，因此可以具有一定的靈活性。

附圖說明

圖1為魚眼圖像成像原理示意圖。

圖2為原始圖像與有效區(qū)域的關(guān)系示意圖。

圖3為檢測出有效區(qū)域后，有效區(qū)域與最小外接正方形的關(guān)系示意圖。

圖4為逐行掃描尋找上邊界的流程圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的說明。

魚眼鏡頭的原理如圖1所示，當(dāng)拍攝場景達(dá)到180°時(shí)，圖像將布滿圓平面，形成一幅完整的魚眼圖像，由此可知魚眼圖像的有效區(qū)域是圓形的。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)可用圓形的最小外切正方形代替以簡化圖像處理。

圖2為原始圖像與有效區(qū)域的關(guān)系示意圖。

本發(fā)明提出的魚眼圖像的有效區(qū)域提取方法，如圖4所示，包括如下步驟，考慮到一般數(shù)碼相機(jī)噪點(diǎn)的灰度大部分小于30，故取閾值t＝30。

步驟1、掃描圖像第一行，得到亮度的最大值imax和最小值imin，判斷imax-imin是否大于或等于閾值t。如果滿足條件，則已經(jīng)找到最上方邊界；如果不滿足，則繼續(xù)掃描第二行，使imax等于這一行中亮度最大值和imax原值兩者中較大值，imin等于本行亮度最小值和imin原值兩者中的較小值，判斷差值是否大于等于t。直到某一行中imax-imin>＝t，則把它作為上方邊界。

步驟2、掃描圖像最后一行，得到亮度的最大值imax和最小值imin，判斷imax-imin是否大于或等于閾值t。如果滿足條件，則已經(jīng)找到最下方邊界；如果不滿足，則向上繼續(xù)掃描倒數(shù)第二行，使imax等于這一行中亮度最大值和imax原值兩者中較大值，imin等于本行亮度最小值和imin原值兩者中的較小值，判斷差值是否大于等于t。直到某一行中imax-imin>＝t，則把它作為下方邊界。

步驟3、掃描圖像第一列，得到亮度的最大值imax和最小值imin，判斷imax-imin是否大于或等于閾值t。如果滿足條件，則已經(jīng)找到最左邊邊界；如果不滿足，則繼續(xù)掃描第二列，使imax等于這一行中亮度最大值和imax原值兩者中較大值，imin等于本行亮度最小值和imin原值兩者中的較小值，判斷差值是否大于等于t。直到某一列中imax-imin>＝t，則把它作為左邊邊界。

步驟4、掃描圖像最后一列，得到亮度的最大值imax和最小值imin，判斷imax-imin是否大于或等于閾值t。如果滿足條件，則已經(jīng)找到最右邊界；如果不滿足，則向左繼續(xù)掃描倒數(shù)第二列，使imax等于這一行中亮度最大值和imax原值兩者中較大值，imin等于本行亮度最小值和imin原值兩者中的較小值，判斷差值是否大于等于t。直到某一列中imax-imin>＝t，則把它作為右邊邊界。

步驟5、由以上四邊圍成的矩形就是魚眼圖像的有效區(qū)域。

步驟6、以矩形的中心為中心的最小外接正方形就是魚眼圖像校正算法需要應(yīng)用的區(qū)域，進(jìn)行下一步處理。有效區(qū)域與最小外接正方形的關(guān)系如圖3所示。

需要說明的是，本發(fā)明所提供的上述實(shí)施例僅具有示意性，不具有限定本發(fā)明的具體實(shí)施的范圍的作用。本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)包括那些對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說顯而易見的變換或替代方案。