[發(fā)明專利]基于Bayer圖像的快速畸變校正方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710034542.4
• 申請日: 2017-01-17
• 公開（公告）號: CN106815805A
• 公開（公告）日: 2017-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 向北海
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南優(yōu)象科技有限公司
• 主分類號: G06T3/00
• 分類號: G06T3/00
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司11429
• 代理人: 陸薇薇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于計算機視覺圖像技術(shù)領(lǐng)域，涉及魚眼圖像畸變校正方法，特指一種基于Bayer圖像的快速畸變校正方法。

背景技術(shù)

魚眼鏡頭具有比普通攝像頭更加廣闊的視角，在全景視覺技術(shù)方面的應(yīng)用越來越重，尤其是虛擬現(xiàn)實、全景漫游以及圖像的三維重建等機器視覺領(lǐng)域中，魚眼鏡頭更有著不可替代的位置。魚眼鏡頭是一種超廣角、焦距極短的鏡頭，其拍攝視角可以達(dá)到甚至超過180°，基于光的折射原理魚眼鏡頭的制造與設(shè)計一般遵循某個特定的投影模型，通過魚眼鏡頭對超廣角視野或場景進行拍攝，得到超廣角魚眼圖像。魚眼圖像存在嚴(yán)重的畸變，不符合人眼對圖像的觀察和瀏覽需求，因此需要對魚眼圖像進行畸變校正。

目前魚眼圖像畸變校正的方式主要分為基于投影變換模型的校正方法和基于標(biāo)定的魚眼鏡頭畸變校正方法。其中基于球面透視投影主要是通過擬合多項式以優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，從而估計校正模型參數(shù)，推導(dǎo)出校正后的圖像，該方法研究較早，但計算復(fù)雜，實時性差。基于標(biāo)定的校正方法，主要是借助外部設(shè)備對魚眼圖像的內(nèi)外參數(shù)進行標(biāo)定，通過真實坐標(biāo)與語言成像平面坐標(biāo)之間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)魚眼圖像畸變校正，該方法校正精度高，對實驗設(shè)備要求較高。

為了簡化傳統(tǒng)校正方法復(fù)雜度，提高視覺效果，在這兩類方法的基礎(chǔ)上結(jié)合圖像的具體應(yīng)用領(lǐng)域提出了許多校正方法。如劉紅軍等人采用球面透視投影和柱面展開兩種算法對魚眼圖像進行校正。廖士中等人則提出利用多項式表示校正前后像素點坐標(biāo)之間的關(guān)系，并通過最小二乘法求得多項式參數(shù)，實現(xiàn)魚眼圖像校正。但這些方法多項式次數(shù)越高，校正效果越好，計算量越大，過程比較復(fù)雜，無法滿足實際需求。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有方法的不足，本發(fā)明其目的在于提出一種基于Bayer圖像的快速畸變校正方法。通過FPGA硬件模塊實現(xiàn)Bayer圖像的快速畸變校正，減輕ISP芯片的計算負(fù)擔(dān)，增加成像系統(tǒng)設(shè)計的靈活性。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種基于Bayer圖像的快速畸變校正方法，包括以下步驟：

第一步、將魚眼鏡頭和CMOS傳感器采集的Bayer圖像輸入FPGA模塊，采用等距內(nèi)參模型將魚眼圖像映射到三維球面上，利用經(jīng)緯度方式對三維球面進行描述，得到魚眼圖像平面坐標(biāo)點與三維球面對應(yīng)映射點的經(jīng)緯度坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系式；

采用等距內(nèi)參模型將魚眼圖像映射到三維球面上，設(shè)魚眼鏡頭位于三維球面的球心O_s處，半球面為魚眼鏡頭180°視場角的覆蓋面，α為入射光線O_sP_s與攝像機光軸O_sW之間的夾角，f為魚眼鏡頭的等效焦距，在魚眼圖像平面內(nèi)任一圖像點P_d(x_d,y_d)與魚眼圖像中心O_d之間的距離為由等距投影模型可以得到r_d＝fα，為了方便計算，取三維球面的半徑為f，則魚眼圖像內(nèi)的點P_d(x_d,y_d)映射到三維球面上的對應(yīng)點P_s(u_s,v_s,w_s)的坐標(biāo)計算公式如(1)式所示。

采用經(jīng)緯度方式對三維球面進行描述，即三維球面上任意點的三維坐標(biāo)存在唯一的經(jīng)緯度坐標(biāo)與之對應(yīng)，其中經(jīng)度用θ表示，緯度用φ表示，則三維球面的球心O_s的經(jīng)緯度坐標(biāo)為(0,0)。設(shè)點P為三維球面上點P_s在平面UO_sW(如圖2所示的三維球面坐標(biāo)系中平面UO_sW)上的投影點，則點P_s的經(jīng)緯度坐標(biāo)可表示為(2)式所示。

聯(lián)立(1)式和(2)式，得到魚眼圖像平面內(nèi)的點P_d(x_d,y_d)映射到三維球面對應(yīng)點P_s(θ,φ)的經(jīng)緯度坐標(biāo)計算公式(3)如下：

第二步、采用垂直魚眼投影方法得到三維球面上映射點投影到二維平面內(nèi)對應(yīng)投影點的計算公式，將三維球面重新投影到二維平面；

三維球面上點P_s(θ,φ)投影到二維平面內(nèi)點P_u(x_u,y_u)的計算公式如(4)式所示。