[发明专利]适用于墙装式全景摄像机的鱼眼图像的畸变校正方法

说明书

技术领域

本发明涉及数字图像处理技术领域，具体为一种适合于墙装式全景摄像机的鱼眼图像的畸变快速校正方法。

背景技术

目前，在安防监控领域，大量的摄像机被安装在政府机关、工厂、银行、宾馆、监狱、港口码头、城市主干道乃至居民小区、楼道等各种地点。而且，在视频会议领域、远程教育领域、机器人导航、军事侦查、倒车影像等其他领域，摄像机也有不断扩大的应用。随着科学技术的发展，安防监控摄像机的种类和功能越来越多，摄像机的像素越来越高，视场越来越大。其中墙装式全景摄像机有着最广泛的应用。

墙装式全景摄像机的结构如图1所示：全景摄像机安装于垂直建筑物上，拍摄的方向为水平方向或者略微向下（向上）倾斜；图2所示墙装式全景摄像机采用鱼眼镜头，摄像机的水平视场可以达到甚至超过180度。正是因为其具备大视场、无死角的特性，所以墙装式全景摄像机在安防监控领域有着最广泛的应用。但是墙装式全景摄像机的鱼眼镜头所成图像有严重畸变，影响了图像效果。图5即为墙装式全景摄像机的原始输出图像，可以看到图中的楼层和树木有明显的弯曲形变，所以在应用中，我们需要把鱼眼图像校正成“看起来”正常的图像，去除或减少畸变的影响，这个过程称之为畸变校正。

图像畸变校正是成像领域一个基础问题。研究者们将一幅完整的180度的鱼眼图像对应于一个三维的半球，如果用经度和纬度作为半球的坐标系，根据鱼眼图像的成像模型，鱼眼图像的每个像素点都可以对应到一个经纬度上。因此可以把鱼眼图像的畸变校正当成是把半球面映射到一个平面上的问题。研究者们提出了上百种映射方法，著名的有墨卡托投影、高斯‐克吕格投影。根据不同需求或约束，会得到不同的映射方法。这些映射方法大多有着较为复杂的运算量，对实现平台有着较高的要求，这样的方法实现起来难度较大，即使实现了，也会对系统产生很大的延时，影响硬件性能。

因此，现有的鱼眼图像畸变校正方法并未真正考虑延时因素，实现这些方法一般会带来1帧量级的延时，这限制了这些算法的实际应用。无论哪种映射方法，都不能很好地在减少计算量和硬件延时的情况下保证畸变校正的质量。

发明内容

本发明为了解决现有的针对鱼眼全景图像的畸变校正方法存在的上述问题，提供了一种适合于墙装式全景摄像机的鱼眼图像的畸变校正方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种适用于墙装式全景摄像机的鱼眼图像的畸变校正方法，包括如下步骤：

（1）、全景摄像机输出的矩形的全景图像为原始输入图像，以原始输入图像为基准建立直角坐标系XOY：

以原始输入图像的左上直角点作为直角坐标系的原点O、水平边为X轴、垂直边为Y轴；原始输入图像的中心点为E（Xe，Ye），即为矩形对角线的交点；设原始输入图像的高度和宽度分别为H和W，则H和W分别等于原始输入图像的纵向和横向的像素值。

（2）、如图3所示，根据原始输入图像的畸变弯曲特性，确定原始输入图像的两个最大圆弧ADG和CFQ，其中A（L，0），D（0，H/2），G（L，H），C（W－L，0），F（W，H/2），Q（W－L，H），B（W/2，0），K（W/2，H）；即两个最大圆弧ADG和CFQ关于点E对称，L是点A到原点O的距离。

定义：原始输入图像上的两条最大圆弧ADG与CFH之间的区域为校正目标图像ACQG；校正目标图像ACQG经畸变校正后的图像为矩形的校正后图像A′C′G′Q′，其中A′（0，0），C′（W，0），G′（0，H），Q′（W，H），D′（0，H/2），F′（W，H/2），B′（W/2，0），K′（W/2，H），E′（Xe，Ye），如图4所示；

（3）、对原始输入图像进行畸变校正就是将校正目标图像ACQG映射到校正后图像A′C′Q′G′上去，对于校正后图像A′C′Q′G′中的任何一行图像上的每一像素点，都与校正目标图像ACQG中的相应行上的每一像素点成一一对应关系，得到在每一行上校正目标图像ACQG与校正后图像A′C′Q′G′之间的比例关系后，再通过插值算法由校正目标图像ACQG计算得到校正后图像A′C′Q′G′，从而完成图像的畸变校正；具体方法如下：

（Ⅰ）、设最大圆弧ADG的圆心为I(Xi，Yi)，如公式（ⅰ）：