一种基于几何
一种基于几何一种基于几何
一种基于几何性质的鱼眼图像校正算法
性质的鱼眼图像校正算法性质的鱼眼图像校正算法
性质的鱼眼图像校正算法
杨晶晶
杨晶晶杨晶晶
杨晶晶,
,,
,陈更生
陈更生陈更生
陈更生,
,,
,尹文波
尹文波尹文波
尹文波
(复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室,上海 201203)
摘
摘摘
摘 要
要要
要:
::
:为快速、高效地校正具有径向畸变的鱼眼图像,提出一种基于几何性质的校正算法。根据投影不变性原理以及径向畸变的几何特
性,计算畸变直线的斜率,并通过求解线性方程组得出多项式校正模型的参数。实验结果表明,该算法能够以较低的运算复杂度获得较高
的校正精度,相比于采用数学迭代拟合直线的方法,该算法在图像整体校正质量上有明显改善。
关键词
关键词关键词
关键词:
::
:径向畸变;几何性质;畸变直线;斜率计算;缩放因子;图像校正
Algorithm for Fisheye Image Correction
Based on Geometric Properties
YANG Jing-jing, CHEN Geng-sheng, YIN Wen-bo
(State Key Laboratory of ASIC & System, Fudan University, Shanghai 201203, China)
【
【【
【Abstract】
】】
】In order to efficiently correct the fisheye image with radial distortion, an algorithm based on geometric properties is proposed. This
paper calculates the slope of distortion lines by adopting projection invariance principle and geometric properties of radial distortion. The parameters
of polynomial correction model are got by solving linear equations. Experimental result shows this algorithm can get high precision correction with
lower complexity. Compared with straight line fitting method using iteration, the overall quality of the correct image is significantly improved when
using the algorithm.
【
【【
【Key words】
】】
】radial distortion; geometric property; distortion lines; slope calculation; zoom factor; image correction
DOI: 10.3969/j.issn.1000-3428.2012.03.068
计 算 机 工 程
Computer Engineering
第 38 卷 第 3 期
Vol.38 No.3
2012 年 2 月
February 2012
·
··
·图形图像处理
图形图像处理图形图像处理
图形图像处理·
··
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文章编号
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文章编号:
::
:1000—
——
—3428(2012)03—
——
—0203—
——
—03
文献标识码
文献标识码文献标识码
文献标识码:
::
:A
中图分类号
中图分类号中图分类号
中图分类号:
::
:TP311
1
概述
概述概述
概述
为获 得更大的视角,鱼眼镜头被广泛运用于机器人导
航、大范围监控、智能交通系统等众多计算机视觉领域。然
而,鱼眼镜头在获得大范围拍摄视角的同时,不可避免地引
入了图像的径向
(
桶形
)
畸变,以解决在有限像面内容纳广角
目标物体的问题
[1]
。对于具有径向畸变的鱼眼图像的校正,
主要分为基于鱼眼镜头标定的校准方法
[2-3]
和基于投影变换
理论的校正方法
[4-7]
。前者涉及真实世界坐标空间,鱼眼镜头
坐标系以及平面成像坐标系之间的坐标转换,对于校准设备
的精度要求较高。同时,设备成本与时间成本也降低了此类
方法的灵活性。后者基于投影不变性原理,通过迭代优化目
标函数的方法得出校正模型的参数,从而完成对畸变图像的
复原。
为简化迭代算法的复杂度,文献
[7]
提出一种基于数学代
数的求解方案,在保证校正精度的情况下,通过
1
次迭代优
化即可得到相应的校正参数。该方法虽然在一定程度上降低
计算复杂度,但它依旧是基于目标函数优化的一种解决方
案,计算复杂度仍然偏高。
基于上述分析,本文考虑径向畸变的固有几何特性,采
用多项式校正模型,通过预先确定畸变直线的实际斜率求解
校正模型的参数,并且通过缩放因子
[7]
解决畸变图像到校正
图像之间的像素精度匹配问题。
2
基于畸变直线斜率计算的校正算法
基于畸变直线斜率计算的校正算法基于畸变直线斜率计算的校正算法
基于畸变直线斜率计算的校正算法
2.1
基于投影不变性原理的校正模型建立
基于投影不变性原理的校正模型建立基于投影不变性原理的校正模型建立
基于投影不变性原理的校正模型建立
根据针孔相机的投影模型可知,空间直线
L
在二维成像
面上的透视投影为平面直线
l
。然而,鱼眼镜头为了囊括更大
的视角,必须采用带有畸变的光学成像系统来建立视场到成
像面的有限投影。此时,空间直线
L
在鱼眼镜头下成像为一
条曲线
(
畸变的直线
)
c
。
鉴于上述分析,畸变校正函数应具有将畸变直线
c
校正
为理想直线
l
的作用。考虑到径向畸变的特点,畸变像素点
与校正像素点之间的映射关系可定义为:
( )
u c d d c
u d d
r C r r
− = × −
− = × −
= ×
(1)
其中,
与
分别表示畸变像素点与校正像素点的
坐标位置;
与
分别为畸变像素点
与校正像素点
到畸变中心
的径向距离;
是校正函数,
建立了从畸变像素点到校正像素点的位置映射关系。根据径
向畸变的特点,采用
4
阶奇次多项式校正模型即可取得理想
的校正效果
[7]
,故本文定义畸变校正函数
:
4 2
( )
d d d
(2)
2.2
算法描述
算法描述算法描述
算法描述
本文算法流程如图
1
所示。对于一幅含有畸变直线的鱼
眼图像,首先通过基于阈值判断的方法选取最优的采样点。
其次,根据采样点对,利用径向畸变的固有几何性质计算畸
变直线的实际斜率,并由此联立线性方程组求解校正模型的
基金项目
基金项目基金项目
基金项目:
::
:上海市科委集成电路设计专项基金资助项目(087062001
00)
作者简介
作者简介作者简介
作者简介:
::
:杨晶晶(1987-),男,硕士研究生,主研方向:数字图像
处理,集成电路芯片设计;陈更生,高级工程师、硕士;尹文波,
工程师、硕士
收稿日期
收稿日期收稿日期
收稿日期:
::
:2011-08-18 E-mail:
::
:predeuce@gmail.com