[发明专利]利用曲线拟合校正摄像机径向畸变的方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种图像处理技术领域的方法，具体是一种利用曲线拟合校正摄像机径向畸变的方法。

背景技术

摄像机镜头径向畸变广泛存在于广角摄像机、鱼眼摄像机以及短焦距的廉价摄像机中，因此径向畸变是分析数字图像要考虑的一个重要问题。

目前已有很多方法用于恢复畸变参数。R.Swaminathan等于2000年在《IEEETransaction on Pattern Analysis and Machine Intelligence》(2000年国际电子与电气工程学会模式分析与机器智能汇刊)上发表的论文”Nonmetric calibration ofwide-angle lenses and polycameras”(广角镜头和多摄像机的非度量标定)基于所谓的铅垂线理论进行畸变校正，即空间中的直线在理想针孔投影变换下仍然投影为直线。根据这个原理，首先检测出已知空间直线的投影点集，然后创建目标函数使得投影点集拟合的曲线与直线的偏离最小。这是一个迭代方法直至畸变误差小于某个阈值。

相类似的技术包括Z.Zhang于2000年在《IEEE Transaction on Pattern Analysis andMachine Intelligence》(2000年国际电子与电气工程学会模式分析与机器智能汇刊)上发表的论文”A flexible new technique for camera calibration”(一种摄像机标定的新技术)使用人工精细制成的标定网格，利用优化方法将镜头畸变参数和其它摄像机内部外部参数同时标定出来。这种非线性迭代方法常常陷入局部最优，从而不能收敛到全局最优值，并且需要选择初始值和确定终止依据，计算过程比较繁琐。

进一步检索发现，G.Stein于1997年在《1997IEEE Computer Society Conference onComputer Vision and Pattern Recognition》(1997年计算机视觉和模式识别国际会议)上发表的文章”Lens distortion calibration using point correspondence”(利用对应点进行镜头畸变标定)采用多幅视图中的对应点来求取镜头畸变参数。虽然这种方法对场景没有要求，但是在某些情况下获得多幅视图是比较困难的。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种利用曲线拟合校正摄像机径向畸变的方法，能够简单有效地标定出镜头的径向畸变参数。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明采用棋盘格作为模板，采集该模板的图像并寻找畸变中心，然后检测棋盘格上直线的投影点集并将图像平面的原点移至畸变的中心，利用圆拟合方法得到原直线投影的圆弧的方程，从而得到径向畸变参数，最后利用传统的基于平面标定方法估计其余摄像机内部参数。

本发明包括以下步骤：

步骤一、在一张白纸上打印黑白棋盘格，然后将其贴在一个平板上制成模板；

步骤二、采用待测摄像机拍摄一副该模板的图像并转化为位图格式作为初始图像，然后利用harris角点检测方法得到畸变中心坐标；

所述的初始图像的角点的空间坐标x_c及其图像坐标x_d与径向基础矩阵F_r满足：x_d^TF_rx_c＝0，其中：x_d^T表示x_d坐标矢量的转置，径向基础矩阵F_r与初始图像的畸变中心e满足：e^TF_r＝0，其中：e^T表示矢量e的转置，利用这一约束最终得到畸变中心坐标e；

步骤三、将初始图像减去畸变中心坐标得到修正图像，再使用霍夫变换求取修正图像中棋盘格的直线，得到直线的投影点集坐标。

步骤四、将同一直线的投影点集合利用圆拟合关系拟合为一个圆的参数方程a(x²+y²)+bx+cy+d＝0，其中：x、y为步骤三中得到的投影点集的坐标，a、b、c、d为圆参数。

步骤五、根据直线投影的圆弧方程与畸变参数的关系获得畸变参数，然后通过畸变参数采用反投影方法对原始畸变图像进行无畸变恢复，得到理想的无畸变图像；