[發明專利]基于GPU的快速魚眼矯正方法

在審

• 申請號: 201710693674.8
• 申請日: 2017-08-14
• 公開（公告）號: CN107644402A
• 公開（公告）日: 2018-01-30
• 發明（設計）人: 汪清;高麗蓉;趙建軍;楊耀通;方浩宇
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T1/20
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 劉國威

技術領域

本發明涉及視頻監控領域，是一種新穎的用于對魚眼視頻進行實時矯正的算法。具體涉及到一種通過GPU并行處理，來對魚眼視頻進行實時矯正的算法。

背景技術

隨著社會和經濟建設的深入，城市中的監控問題也日益受到重視。為了同時兼顧監控的實時性以及成本，魚眼攝像機得到了廣泛的應用。魚眼鏡頭具有短焦距、大視場的優點。但魚眼鏡頭攝像機拍攝的圖像具有非常嚴重的變形。如果要利用這些具有嚴重變形圖像的投影信息，需要將這些變形的圖像矯正為符合人們視覺習慣的透視投影圖像^[1]。

魚眼圖像矯正的計算量很大。對于嵌入式設備來說，因其受到處理器主頻的限制，因此難以達到實時的性能要求。但是通過并行計算技術，可以突破處理器主頻的限制，實現高性能計算[2]。但是目前是基于CPU的視頻矯正算法并不能達到實時矯正魚眼視頻的要求。圖形處理器(Graphic Processing Unit，GPU)具有一個多并發線程的大規模并行吞吐體系結構[3]，且具有很強的靈活性，可以滿足魚眼視頻矯正的應用要求。

因為魚眼視頻每一幀得到的矯正參數是一樣的，因此首先提取在整個視頻的過程中提取一定數量的圖像，進行矯正參數的獲取。根據魚眼圖像特點標定坐標圖，求取標定點像素的理想值和實際值，同時生成坐標映射表。然后，把坐標映射表用于魚眼視頻的每一幀后，即可得到無畸變視頻。

文獻[1]對魚眼鏡頭視覺系統的基礎理論和關鍵技術進行了初步的研究，并提出了一種嵌入式全方位視覺系統平臺及圖像處理器硬件設計的方案。文獻[4]計算魚眼畸變圖像與矯正圖像像素點之間的對應關系，提出了一種基于球面透視投影約束的魚眼境頭矯正方法。文獻[5]提出一種靈活的新標定算法，通過特征圖像確定攝像頭畸變參數，再計算出對應關系。

本發明提出了一種基于GPU的魚眼視頻矯正算法，用于解決魚眼攝像機圖像畸變問題。

[1]馮為嘉.基于魚眼鏡頭的全方位視覺及全景立體球視覺研究[D].天津大學,2012.

[2]汪晨.嵌入式魚眼視頻矯正方案的設計與實現[D].東南大學,2015.

[3]呂相文.高性能計算云環境下GPU并行計算技術及應用研究[D].南京航空航天大學,2015.

[4]英向華，胡占義.一種基于球面透視投影約束的魚眼境頭矯正方法[J].計算機學報,2003,25(12):1792-1708

[5]Zhang Z.A Flexible New Technique for Camera Calibration[J].IEEE Transactions on Pattern Analysis&Machine Intelligence,2000,22(11):1330-1334。

發明內容

為克服現有技術的不足，本發明旨在提出一種基于GPU的實時魚眼視頻矯正算法，保證計算性能的同時，增加其實時性。本發明采用的技術方案是，基于GPU的快速魚眼矯正方法，首先在整個視頻的過程中提取一定數量的圖像，進行矯正參數的獲取；根據魚眼圖像特點標定坐標圖，求取標定點像素的理想值和實際值，同時生成坐標映射表；然后，把坐標映射表用于魚眼視頻的每一幀后，得到無畸變視頻。

具體地：

步驟1：從視頻中提取一定數量的圖像，獲取矯正參數；

步驟2：根據圖像特點標定坐標：以鏡頭為中心標定坐標圖，對圖像進行坐標的標定，按正方形均勻排列圓點，求取標定點像素的理想值與實際值，生成坐標映射表；

步驟3：逐幀矯正，在得到中心點的坐標和矯正形狀之后，利用GPU實現魚眼視頻的每一幀的矯正，從而得到整個矯正后的視頻。

在本發明的一個實例中，步驟如下：

步驟1：從視頻中提取一定數量的圖像：輸入從視頻中提取的畸變的棋盤格圖以及棋盤格的大小；