本發(fā)明涉及圖像處理，尤其涉及一種基于高次多項式的圖像幾何校正方法、系統(tǒng)及設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、圖像的幾何校正也稱圖像配準(zhǔn)。圖像在生成過程中會受到如鏡頭光學(xué)系統(tǒng)誤差、大氣折射等外部因素的影響，不可避免會產(chǎn)生一定程度的圖像畸變。為了糾正圖像的平移、縮放、旋轉(zhuǎn)、偏扭、彎曲等幾何失真，通常需要對圖像進(jìn)行幾何校正。幾何校正的目的是使圖像中的地物位置與其真實位置相匹配，提高圖像的可用性和準(zhǔn)確性。

2、在大多圖像處理或地理信息軟件中，幾何校正通過選擇幾何特征點的位置數(shù)據(jù)的方式進(jìn)行校正，所采用的方法一般為多項式校正，對校正圖像按照校正圖像的幾何特征點的位置數(shù)據(jù)進(jìn)行校正計算并對像元進(jìn)行重采樣生成新的圖像。校正后的圖像與配準(zhǔn)圖像幾何特征點數(shù)據(jù)之間誤差平方和最小，從而達(dá)到將圖像校正到預(yù)期形態(tài)的目的。

3、但是，在圖像非線性畸變的情況下，采用多項式校正圖像時，由于多項式次數(shù)較高（一般為三次多項式），計算多項式的系數(shù)需要提供大量且精確的幾何特征點數(shù)據(jù)。而在采用多項式分步校正以漸次逼近的方法進(jìn)行圖像校正時，其需要對原始圖像進(jìn)行多次迭代操作和重采樣，并在重采樣的結(jié)果基礎(chǔ)上再次進(jìn)行幾何校正計算，進(jìn)而使得在多次重采樣過程中會產(chǎn)生額外的存儲占用，對實現(xiàn)業(yè)務(wù)而言資源占用較大。

4、同時，在現(xiàn)實場景應(yīng)用中當(dāng)圖像畸變屬于同一系統(tǒng)誤差，且需要校正的參數(shù)相等時，由于每一圖像所需的幾何特征點的位置數(shù)據(jù)不相同，造成了現(xiàn)有幾何校正對同一類多個畸變圖像校正時無法復(fù)用或復(fù)用困難，使得對同一類多個畸變圖像進(jìn)行校正時存在重復(fù)勞動的缺陷。

5、還有，現(xiàn)有技術(shù)中，同一圖像進(jìn)行過多次幾何校正后，原始圖像由于進(jìn)行了相應(yīng)次數(shù)的重采樣，一旦出現(xiàn)中間某個幾何特征點的位置數(shù)據(jù)異?；蛘哒`差過大，則會使最終的校正結(jié)果出現(xiàn)不可接受的偏差，進(jìn)而而導(dǎo)致圖像校正失敗。此時如果要修正異常幾何特征點的位置數(shù)據(jù)，只能使原始圖像重復(fù)每一個校正步驟，進(jìn)而使得圖像校正的代價較大。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、（一）要解決的技術(shù)問題

2、鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點、不足，本發(fā)明提供一種基于高次多項式的圖像幾何校正方法、系統(tǒng)及設(shè)備，其解決了現(xiàn)有校正方法中多次重采樣系統(tǒng)資源占用較大、同類畸變的校正過程難以復(fù)用以及異常幾何特征點數(shù)據(jù)修正代價較大的技術(shù)問題。

3、（二）技術(shù)方案

4、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的主要技術(shù)方案包括：

5、第一方面，本發(fā)明實施例提供一種基于高次多項式的圖像幾何校正方法，包括：

6、依據(jù)獲取到的待校正圖像的畸變類型，構(gòu)建校正該圖像幾何信息的多項式方程組模型；

7、根據(jù)多項式方程組模型的最高次數(shù)，從待校正圖像中提取幾何特征點，每一幾何特征點一一對應(yīng)預(yù)設(shè)的參考圖像中的參考特征點；

8、基于幾何特征點的位置數(shù)據(jù)和參考特征點的位置數(shù)據(jù)，對多項式方程組模型進(jìn)行優(yōu)化和渲染驗證，獲得最優(yōu)多項式方程組模型；

9、依據(jù)最優(yōu)多項式方程組模型，結(jié)合設(shè)定的迭代終止條件，對待校正圖像中像元的位置數(shù)據(jù)進(jìn)行多次多項式的迭代處理，并以迭代結(jié)果對待校正圖像進(jìn)行重采樣，獲得待校正圖像的校正結(jié)果。

10、可選地，依據(jù)獲取到的待校正圖像的畸變類型，構(gòu)建校正該圖像幾何信息的多項式方程組模型包括：

11、對獲取到的待校正圖像進(jìn)行包含直線檢測和\或網(wǎng)格檢測的預(yù)檢測，獲得待校正圖像的畸變類型；

12、當(dāng)待校正圖像的畸變類型為線性畸變時，則構(gòu)建一次多項式方程組模型用以圖像幾何校正；

13、當(dāng)待校正圖像的畸變類型為非線性畸變時，則構(gòu)建高次多項式方程組模型用以圖像幾何校正。

14、可選地，根據(jù)多項式方程組模型的最高次數(shù)，從待校正圖像中提取幾何特征點，每一幾何特征點一一對應(yīng)預(yù)設(shè)的參考圖像中的參考特征點包括：

15、獲取多項式方程組模型的最高次數(shù)；

16、根據(jù)多項式方程組模型的最高次數(shù)，確定從待校正圖像中提取幾何特征點的數(shù)量；

17、依據(jù)幾何特征點的數(shù)量，結(jié)合幾何特征點的采樣規(guī)則，從待校正圖像中提取幾何特征點；

18、其中，幾何特征點的采樣規(guī)則包括：

19、每一幾何特征點在預(yù)設(shè)的參考圖像中均具有一一對應(yīng)的參考特征點；

20、幾何特征點均勻分布在待校正圖像的圖像范圍內(nèi)；

21、幾何特征點覆蓋待校正圖像的每一畸變位置。

22、可選地，根據(jù)多項式方程組模型的最高次數(shù)，確定從待校正圖像中提取幾何特征點的數(shù)量包括：

23、根據(jù)多項式方程組模型的最高次數(shù)，結(jié)合幾何特征點最少采樣數(shù)量求取公式，獲得幾何特征點的最少采樣數(shù)量；

24、根據(jù)幾何特征點的最少采樣數(shù)量，確定從待校正圖像中提取幾何特征點的數(shù)量，該幾何特征點的數(shù)量不少于幾何特征點的最少采樣數(shù)量；

25、其中，幾何特征點最少采樣數(shù)量求取公式為：

26、lmin=(n+1)*(n+2)/2

27、式中，lmin代表幾何特征點的最少采樣數(shù)量，n代表多項式方程組模型的最高次數(shù)。

28、可選地，基于幾何特征點的位置數(shù)據(jù)和參考特征點的位置數(shù)據(jù)，對多項式方程組模型進(jìn)行優(yōu)化和渲染驗證，獲得最優(yōu)多項式方程組模型包括：

29、獲取幾何特征點的位置數(shù)據(jù)和參考特征點的位置數(shù)據(jù)；

30、基于幾何特征點的位置數(shù)據(jù)和參考特征點的位置數(shù)據(jù)，對多項式方程組模型中的系數(shù)進(jìn)行優(yōu)化更新，獲得經(jīng)優(yōu)化后到多項式方程組模型；

31、將待校正圖像按照經(jīng)優(yōu)化后到多項式方程組模型進(jìn)行渲染，獲得待校正圖像校正后的渲染圖像；

32、將渲染圖像與參考圖像進(jìn)行對比，判斷對比結(jié)果是否在設(shè)定的誤差閾值范圍內(nèi)；

33、在對比結(jié)果在設(shè)定的誤差閾值范圍內(nèi)的情況下，確定經(jīng)優(yōu)化后到多項式方程組模型為最優(yōu)多項式方程組模型。

34、可選地，依據(jù)最優(yōu)多項式方程組模型，結(jié)合設(shè)定的迭代終止條件，對待校正圖像中像元的位置數(shù)據(jù)進(jìn)行多次多項式的迭代處理，并以迭代結(jié)果對待校正圖像進(jìn)行重采樣，獲得待校正圖像的校正結(jié)果包括：

35、獲取待校正圖像中的像元的位置數(shù)據(jù)；

36、將最優(yōu)多項式方程組模型中的多項式的數(shù)量設(shè)置為迭代終止條件；

37、根據(jù)迭代終止條件，通過最優(yōu)多項式方程組模型對像元的位置數(shù)據(jù)進(jìn)行多次多項式的迭代處理，獲得該像元的校正位置數(shù)據(jù)；

38、依據(jù)每一像元的校正位置數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像重采樣，獲得待校正圖像的校正結(jié)果。

39、可選地，在依據(jù)最優(yōu)多項式方程組模型，結(jié)合設(shè)定的迭代終止條件，對待校正圖像中像元的位置數(shù)據(jù)進(jìn)行多次多項式的迭代處理，并以迭代結(jié)果對待校正圖像進(jìn)行重采樣，獲得待校正圖像的校正結(jié)果之后，還包括：

40、判斷校正結(jié)果是否滿足設(shè)定精度值；

41、在校正結(jié)果不滿足設(shè)定精度值時，則判斷幾何特征點和\或參考特征點的位置數(shù)據(jù)是否為設(shè)定的異常數(shù)據(jù)；

42、若幾何特征點和\或參考特征點的位置數(shù)據(jù)不是設(shè)定的異常數(shù)據(jù)，則以校正結(jié)果為初始迭代數(shù)據(jù)，通過最優(yōu)多項式方程組模型進(jìn)行多次多項式的迭代處理，獲得滿足設(shè)定精度值的校正結(jié)果；

43、若幾何特征點和\或參考特征點的位置數(shù)據(jù)是設(shè)定的異常數(shù)據(jù)，則重采樣幾何特征點和\或參考特征點，并依據(jù)重采樣結(jié)果修正多項式方程組模型的系數(shù)；

44、依據(jù)修正后多項式方程組模型，結(jié)合設(shè)定的迭代終止條件，對待校正圖像中像元的位置數(shù)據(jù)進(jìn)行多次多項式的迭代處理，并以迭代結(jié)果對待校正圖像進(jìn)行重采樣，獲得待校正圖像的校正結(jié)果。

45、可選地，最優(yōu)多項式方程組模型可以對與待校正圖像具有同一畸變類型的畸變圖像進(jìn)行幾何校正：

46、獲取與待校正圖像具有同一畸變類型的畸變圖像，并提取畸變圖像中像元的位置數(shù)據(jù)；

47、將最優(yōu)多項式方程組模型中的多項式的數(shù)量設(shè)置為迭代終止條件；

48、根據(jù)迭代終止條件，通過最優(yōu)多項式方程組模型對畸變圖像中像元的位置數(shù)據(jù)進(jìn)行多次多項式的迭代處理，獲得該像元的校正位置數(shù)據(jù)；

49、依據(jù)畸變圖像中每一像元的校正位置數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像重采樣，獲得畸變圖像中的校正結(jié)果。

50、第二方面，本發(fā)明實施例提供一種基于高次多項式的圖像幾何校正系統(tǒng)，包括：

51、多項式方程組模型構(gòu)建模塊，用于依據(jù)獲取到的待校正圖像的畸變類型，構(gòu)建校正該圖像幾何信息的多項式方程組模型；

52、幾何特征點提取模塊，用于根據(jù)多項式方程組模型的最高次數(shù)，從待校正圖像中提取幾何特征點，每一幾何特征點一一對應(yīng)預(yù)設(shè)的參考圖像中的參考特征點；

53、多項式方程組模型優(yōu)化模塊，用于基于幾何特征點的位置數(shù)據(jù)和參考特征點的位置數(shù)據(jù)，對多項式方程組模型進(jìn)行優(yōu)化和渲染驗證，獲得最優(yōu)多項式方程組模型；

54、圖像幾何校正模塊，用于依據(jù)最優(yōu)多項式方程組模型，結(jié)合設(shè)定的迭代終止條件，對待校正圖像中像元的位置數(shù)據(jù)進(jìn)行多次多項式的迭代處理，并以迭代結(jié)果對待校正圖像進(jìn)行重采樣，獲得待校正圖像的校正結(jié)果。

55、第三方面，本發(fā)明實施例提供一種具有圖像幾何校正的相機(jī)設(shè)備，包括：

56、拍攝單元，用于拍攝圖像；

57、存儲單元，與拍攝單元連接，用于存儲圖像；

58、圖像處理單元，與存儲單元連接，用于對產(chǎn)生畸變的圖像執(zhí)行以上所述的一種基于高次多項式的圖像幾何校正方法步驟。

59、（三）有益效果

60、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提出的一種基于高次多項式的圖像幾何校正方法，由于采用通過待校正圖像中的幾何特征點和參考圖像中的參考特征點對多項式方程組模型進(jìn)行優(yōu)化，再通過得到最優(yōu)多項式方程組模型對待校正圖像的像元進(jìn)行多次多項式的迭代處理，最后對迭代結(jié)果進(jìn)行重采樣獲得校正結(jié)果的技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比較，其提高了高次多項式圖像幾何校正的魯棒性，降低了幾何特征點的獲取次數(shù)，以及將整個圖像校正過程中的重采樣次數(shù)優(yōu)化為1次，顯著降低了圖像校正時的系統(tǒng)資源占用。

61、同時，本發(fā)明中幾何特征點的位置數(shù)據(jù)僅用于優(yōu)化多項式方程組模型，使得當(dāng)校正同一類畸變的多個圖像時，只需選擇較典型的一個實例進(jìn)行本發(fā)明的幾何校正步驟，其他圖像可直接復(fù)用典型實例的最優(yōu)多項式方程組模型，達(dá)到省去其他同類型圖像的幾何特征點位置數(shù)據(jù)選取和分步校正的目的，簡化了幾何校正的步驟。

62、還有，本發(fā)明中幾何特征點的位置數(shù)據(jù)不直接參數(shù)圖像的幾何校正，使得當(dāng)幾何特征點的位置數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常導(dǎo)致校正效果不理想時，可針對出現(xiàn)問題的校正步驟單獨進(jìn)行修正，將異常的多項式方程組模型進(jìn)行替換，以做到不影響其他校正步驟同時糾正異常數(shù)據(jù)，不需要所有校正步驟進(jìn)行重新計算，降低異常幾何特征點數(shù)據(jù)的修正代價。