[發明專利]免定標便捷的單目鏡頭圖像徑向畸變矯正方法

有效

• 申請號: 201710872090.7
• 申請日: 2017-09-25
• 公開（公告）號: CN107492080B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: 李融;潘涌;徐以波;朱建;韓國堯
• 申請（專利權）人: 杭州云棲智慧視通科技有限公司
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張海洋

一種免定標便捷的單目鏡頭圖像徑向畸變矯正方法，其特征在于，分為以下步驟：1)對于單目攝像頭所獲取的單個圖像或視頻中的某一幀圖像，在圖像上標出3個矯正標記點；2)根據圖像的畸變特征，構造徑向畸變矯正計算模型；3)對矯正標記點進行數據優化，以消除誤差和提高矯正算法的魯棒性；4)運用優化后的矯正標記點，對畸變矯正計算模型進行數值求解，反求徑向畸變參數；5)根據徑向畸變參數，進行圖像矯正，即計算矯正圖片上每一點的像素值。本發明用戶無需任何輔助定標圖像，也無需預知或輸入任何攝像頭參數，只要交互輸入3個點，即可實時實現圖像矯正。

技術領域

本發明涉及圖像處理領域中攝像頭圖像的后期處理技術，尤其涉及一種免定標便捷的單目鏡頭圖像徑向畸變矯正方法。

背景技術

由于攝像機鏡頭并不符合理想的針孔成像模型，所以攝取的圖像普通存在桶形畸變、枕形畸變和魚眼畸變。桶形畸變和枕形畸變統稱為徑向畸變。桶形畸變一般都是廣角鏡頭形成的，遠離鏡頭光軸區域的放大率比光軸附近的低，在像平面內出現外凸的情景。而枕形畸變一般是由遠攝鏡頭形成的，視場邊緣部分的放大率高于光軸中心部分，將矩形物體拍成四邊向內凹進形如枕頭的影像。攝像頭圖像的畸變矯正在機器視覺領域和圖像處理領域都有著非常重要的應用價值。如何使用免定標技術，在無法預知各種鏡頭參數的情況下來矯正這些畸變的圖像和視頻一直是圖像處理領域的技術難題。本專利針對單目攝像頭的徑向畸變圖片，發明了一種免定標免參數的畸變圖片自動矯正技術，填補了這一技術空白。

為了消除攝像機鏡頭的徑向圖像畸變，目前的矯正方法主要分為三種。

第一種是模板定標法。模板定標法需要制定一塊定標模板，定標模板一般采用標準網格或者同心圓圖像。將定標模板放在攝像機下拍攝采樣圖像，然后在采樣圖像上提取采樣點，形成采樣點群組，再利用采樣點圖像坐標和預知的采樣點真實世界坐標，運用多項式擬合或樣條擬合等方法，擬合出攝像機鏡頭的各種參數和畸變參數。這種方法的矯正精度高，是目前應用最廣泛的矯正方法。此方法最大的缺陷是：在很多實際應用中，根本無法用攝像機對定標模板進行拍攝和采樣，也就無法進行矯正了。

第二種是基于鏡頭特征參數的矯正方法。這種方法不需要制作定標模板，但必須預知鏡頭的某些特定的光學參數(如焦距等)值，然后根據選用的校正模型對畸變圖像實施校正的方法。這種基于特征參數的方法無需制定模板，計算過程也較為簡單。但是矯正的精確度比較低，適應范圍也比較窄，只能針對某些特定的鏡頭。在很多實際應用中，根本無法預先獲知鏡頭的特征參數和畸變模型。

第三種是多目鏡頭矯正法。利用多個攝像機從不同角度對同一目標進行拍攝，利用兩幅或多幅圖像間的特征點匹配，在某種約束下(如交比的投影不變性)進行畸變參數估計來實現自標定。比如基于徑向基本矩陣的矯正方法和基于圓心共線約束的矯正方法。這類方法的缺點是需要多個攝像頭拍攝的多幅標定圖像，計算過程繁瑣。

本發明提出的免定標單目攝像頭徑向畸變圖片自動矯正技術，用戶無需任何輔助定標圖像，也無需輸入任何攝像頭參數，只要便捷地交互輸入3個點，即可實時實現圖像矯正。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的針對單目攝像頭拍攝的徑向畸變圖片，本發明提供了一種免定標的圖片自動矯正技術。用戶無需任何輔助定標圖像，也無需預知或輸入任何攝像頭參數，只要交互輸入3個點，即可實時實現圖像矯正。因為畸變參數只需求取一次，本發明的矯正技術不僅能對圖像的所有像素進行并行處理，而且能對視頻的所有幀進行并行處理，所以此技術也適用于視頻的實時徑向畸變矯正。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是：免定標便捷的單目鏡頭圖像徑向畸變矯正方法，分為以下步驟：

1)對于單目攝像頭所獲取的單個圖像或視頻中的某一幀圖像，在圖像上按一定準則便捷地標出3個矯正標記點；

2)根據圖像的徑向畸變特征，構造徑向畸變矯正計算模型；