图像纠偏处理方法

摘要

本发明的图像纠偏处理方法，包括数学建模、畸变函数参数的修正、计算反向影射坐标及图像恢复四大步骤，根据拍摄镜头的光路畸变特征，转换出基于图像坐标的畸变曲线，通过拟合方法修正其参数，再计算出实际成像坐标与理想成像坐标的影射关系，并将该影射关系的坐标系转换成图像坐标系，对畸变图像作反向坐标点查找，利用图像插值恢复并输出非畸变图像，本发明将复杂的畸变特征分析转化成非线性曲线拟合的问题，实现纠偏图像的同时对图像进行缩放，进而实现不同尺寸的图像实时视频纠偏，可在不需重新计算纠偏参数的前提下修正不同拍摄模组因制造工艺不同而产生的坐标原点误差，适用于高分辨率图像或视频的纠偏，总体提升了纠偏及修正速度和精度。

主权项

一种图像纠偏处理方法，其特征在于，包括以下步骤： (1)进行数学建模：针对拍摄设备来定义其镜头的光路畸变成像函数，根据镜头的理想镜头畸变数据对照表，利用多项式拟合法确定an，得出参数已知的理想畸变函数；具体根据以下步骤形成：1a、针对镜头径向畸变特征，以基于光心的投影像高H为变量，定义畸变函数F，即H’＝F[H，an]，其中an为多项式系数，H’为畸变像高，H为纠偏非畸变像高，n∈(0，m)，m为多项式最高次幂； 1b、转换镜头的光路畸变数据单位，从基于投影高度的物理像高H物理转换成基于图像坐标系的图像像高H图像，设H及H’分别为基于图像坐标的纠偏非畸变像高及畸变像高； 1c、把H及H’代入畸变成像函数F中，得出F的超定方程组； 1d、采用多项式拟合法求解多项式超定方程组，并求得an； 1e、把计算得出的an代回畸变成像函数F中，得出的H’＝F[H，an]为理想畸变函数； (2)畸变函数参数的修正：使用拍摄模组拍摄标记有定义点的标靶，测量拍出来的标靶图像上的特定点，以作为理想畸变函数的修正标准，在以像素为单位的图像坐标系下根据实测畸变数据对照表，利用基于分段曲线的最小二乘多项式拟合算法修正参数akn为a′kn，并引入图像缩放功能至参数a′kn中，实现图像纠偏的同时达到图像缩放的目的；具体根据以下步骤形成：2a、准备一个特定的极坐标标靶，从原点出发，极坐标标靶上同一射线上标注有多个等距的特定点； 2b、找出拍摄模组的图像坐标原点(x′o，y′o)，即镜头光轴在图像坐标上的实际投影点，用于消除光学原点与图像中心点的偏移误差，拍摄标靶时让标靶原点对准图像坐标中心点，使得拍摄图像上的特定点就是实际图像畸变效果，保证实测数据的精确性； 2c、基于分段曲线的最小二乘多项式拟合算法，在同一个图像坐标系下根据理想畸变数据点及实测畸变数据点绘出连续的理想畸变曲线并同时标出实测畸变数据点，把理想畸变曲线分割成k条线段，并保证每条线段上包含一样多的实测特定点，每条线段设为H′k＝F[Hk， akn]，再针对误差大的线段作最小二乘的多项式拟合，修正akn为a′kn； 2d、计算出每条线段的最小误差平方和为ek，同时根据实际纠偏效果设定一个最小误差值E，若ek＞E，则要把该线段等分成两段，再加入足够多的实测畸变数据点，保证分割后线段上包含有一样多的实测特定点，再利用最小二乘的多项式拟合新线段，再计算新线段的最小误差平方和ek，直至ek≤E为止； 2e、基于图像缩放要求修正畸变函数，设目标纠偏图像大小是原始纠偏图像的N倍，则可以利用多项式畸变函数推导出带缩放功能的畸变函数参数akn×Nn‑1，得H′k缩放＝F缩放[Hk缩放，akn×Nn‑1]，Hk缩放为N倍缩放后的像高;(3)计算反向影射坐标：基于图像坐标系，利用畸变函数计算纠偏图像坐标与畸变图像坐标的影射关系，并把影射关系以查找表的形式写成二进制文件，以供图像恢复计算使用； (4)进行图像恢复：利用上一步图像坐标的影射关系，对畸变图像作反向坐标点查找，并根据图像坐标原点误差修正反向坐标点，最后利用图像插值恢复并输出非畸变图像。