[發(fā)明專利]一種魚眼鏡頭成像有效區(qū)域的提取方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201710133656.4
• 申請日: 2017-03-08
• 公開（公告）號: CN106952218A
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發(fā)明（設計）人: 盧崢;王興國;穆科明
• 申請（專利權(quán)）人: 南京杰邁視訊科技有限公司
• 主分類號: G06T3/00
• 分類號: G06T3/00
• 代理公司: 南京知識律師事務所32207
• 代理人: 李湘群

技術(shù)領(lǐng)域

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，超高分辨率攝像機在工業(yè)界和消費電子中的應用日益普及。考慮到體積、安裝維護、使用等方便性，超大視野的魚眼廣角鏡頭攝像機在汽車、監(jiān)控、游戲等領(lǐng)域得到廣泛的應用。

魚眼鏡頭可看作一個半球，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點處，XOY是像平面，拍攝方向為沿OZ軸。空間中任意點P，P連接O點與半球交于P1，再做OZ軸的平行線P1P2交XOY面于P2點，即P2點為空間點P的像點。當拍攝場景達到180°時，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)域提取的準確與否直接影響魚眼畸變圖像是否能被準確校準。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)域外像素點的灰度值很小，而在圓形區(qū)域內(nèi)灰度值很小的像素點是比較少的，可以定義較小閾值，由此對圖像進行二值化，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，然后用最小二乘法擬合圓方程即可求得圓心和半徑。時間復雜度為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很少時可以采用面積統(tǒng)計法。該方法首先定義一個閾值T(考慮到一般數(shù)碼相機噪點的灰度大部分小于30，故取T＝30),將像素灰度值I的值大于T的點的面積Sum求出，同時求出I之和大于T點一次距∑x，∑y，其中(x，y)為魚眼圖像的像素坐標，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。時間復雜度為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則，將圖像中滿足相似性準則的像素或子區(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“種子”像素作為生長的起點，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來為止。時間復雜度為O(nlogn)。

但是以上三種方法的缺點是在時間復雜度和空間復雜度方面仍然較高。

發(fā)明內(nèi)容

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間復雜度和空間復雜度方面仍然較高的缺點，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。在時間復雜度和空間復雜度上均優(yōu)于以下幾種有效區(qū)域提取方法。時間復雜度遠小于O(nlogn)。

為達到上述目的，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)由上述四個邊界所確定的矩形區(qū)域就是圖像的有效區(qū)域。

進一步，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)碼相機噪點的灰度值設定。

考慮到一般數(shù)碼相機噪點的灰度大部分小于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)明具有時間復雜度和空間復雜度均較小的特點，可廣泛應用于圖像領(lǐng)域，確定圖像的有效區(qū)域。

2，因為亮度閾值T可以根據(jù)數(shù)碼相機噪點的灰度值設定，因此可以具有一定的靈活性。