[發明專利]一種擴展小孔成像模型的魚眼相機矯正與標定方法

在審

• 申請號: 201510217793.7
• 申請日: 2015-04-30
• 公開（公告）號: CN104881866A
• 公開（公告）日: 2015-09-02
• 發明（設計）人: 涂波;劉越穎;戴帥夫;劉丙雙;司俊俊
• 申請（專利權）人: 長安通信科技有限責任公司;涂波
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 王曉彬

技術領域

本發明具體涉及一種擴展小孔成像模型的魚眼相機矯正與標定方法，屬于計算機視覺以及計算機圖形學領域。

背景技術

在機器視覺、全景攝影、安防監控以及虛擬現實等領域，魚眼相機由于其超寬的視場范圍(一般達到甚至超過180°)，得到越來越廣泛的應用。但是，魚眼相機存在嚴重的桶形畸變，導致其使用受限。如圖1所示，這是一幅用魚眼相機拍攝的實際場景圖，它覆蓋了半空間的場景，但是，由于畸變的存在，其中空間直線的成像已經不再是直線。

截止到現在，對魚眼相機矯正與標定的研究很多，主要可分為基于硬件測量和基于圖像處理算法等兩類方法。基于硬件測量的方法，通過硬件裝置測量特定空間點的位置坐標，建立空間點與相應圖像點之間的關系，從而求解魚眼相機的模型參數。此類方法需要額外的測量裝置、成本較高，而且對裝置的測量精度有較高要求。基于圖像處理算法的方法又可以分為基于單幅圖像和基于多幅圖像的方法。其中，基于單幅圖像的方法，其理論根據是直線的投影仍然是直線，它通過“把畸變后的直線恢復為直線”的過程來確定畸變參數，此類方法雖然靈活，但是實現復雜、計算量大，并且相機標定困難。而基于多幅圖像的方法是目前的研究熱點，它通過從不同角度拍攝多幅模板圖像來求取投影模型參數，實現簡單，但是當投影模型簡單時，其矯正與標定的精度較差，而當投影模型復雜時，又會大大增加模型參數求解的難度。

小孔成像模型相對其他投影模型實現簡單、易于標定，并且符合人眼視覺效果。本發明屬于基于多幅圖像的矯正與標定方法的范疇，通過從不同角度拍攝多幅魚眼模板圖，求取小孔成像模型的參數。但是，由于小孔成像模型適用的視場范圍遠小于180°(一般適用于90°左右視場范圍)，而魚眼相機具有超寬的視場角(一般達到甚至超過180°)，不能夠簡單的使用小孔成像模型進行魚眼相機的矯正與標定。

發明內容

為了克服上述技術的不足，本發明提出了一種擴展小孔成像模型的魚眼相機矯正與標定方法。該方法在小孔成像模型矯正的基礎上，結合直線擬合以及自然鄰點插值算法，實現對整個魚眼相機的矯正與標定，并得到符合人眼視覺效果的矯正結果圖。具體包括如下步驟：

步驟1)對魚眼相機進行開窗處理，設置窗口的視場范圍；

步驟2)使用開窗后的相機，從不同的角度拍攝棋盤模板圖，得到一序列的模板圖像；

步驟3)通過角點檢測，提取模板圖像中特征點的像素坐標，建立空間點和圖像點之間的關系；

步驟4)在提取到所有的特征點后，通過LM算法求參數，實現對相機的矯正與標定；

步驟5)根據已經測量得到的相機參數，對拍攝的實物圖進行畸變的矯正；

步驟6)在小孔成像模型矯正的基礎上，結合直線擬合以及自然鄰點插值算法，擴展矯正的視場范圍。

對含有模板的魚眼圖像進行基于小孔成像模型的矯正，然后對矯正結果中同一直線上的特征點進行直線擬合。

獲得經過擬合的特征點坐標后，使用插值算法，求取圖像上除特征點以外像素的新的坐標位置。

擴展小孔成像模型適用視場范圍的基本原理是直線的投影仍然是直線，在小孔成像模型的基礎上，結合直線擬合以及自然鄰點插值，把矯正的視場范圍擴大，包括基于小孔模型的畸變矯正、特征點直線擬合以及自然鄰點插值。

本發明和現有技術相比所具有的有益效果：此方法不僅具備易于標定、適合人眼觀看效果等，同時能夠實現魚相機超寬視場范圍的矯正與標定。測試結果表明，此方法擴展了小孔成像模型的應用范圍，能夠實現魚眼相機的矯正與標定。并且，單次矯正的視場范圍達到130°，通過移動點陣模板的位置，可以得到魚眼相機不同區域的矯正結果，從而實現魚眼相機整個成像區域的矯正與標定。

附圖說明

圖1為魚眼相機拍攝的場景圖；

圖2為本發明擴展小孔成像模型的魚眼相機矯正與標定方法流程圖；

圖3-1為魚眼拍攝的實物圖；

圖3-2為矯正結果示意圖，視場范圍85°；

圖4-1為魚眼拍攝的實物圖；

圖4-2矯正結果示意圖，視場范圍100°；

圖5為使用開窗85°的小孔模型對整個魚眼圖像矯正的結果示意圖；

圖6-1為的原始Voronio圖；

圖6-2為的插入x后新的Voronio圖；

圖7為本的非等間隔點陣模板示意圖；

圖8-1為的魚眼非等間隔點狀模板圖像；

圖8-2為圖8-1的小孔矯正結果示意圖；

圖9-1為圓形點模板的特征點檢測圖；