[发明专利]一种自适应的鱼眼镜头快速校正方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种自适应的鱼眼镜头快速校正方法。

背景技术

普通相机在日常生活中应用广泛，三维空间中的点都可以根据针孔模型(r＝ftanθ)来实现透视投影成像过程。当θ大于60°之后，r呈现指数增长，当要达到180°视场时，需要无穷大的r来满足成像，而这在实际中是不可获得的。在某些场景下，需要用一个摄像头来获取广角视频，因此很多厂家推出了鱼眼镜头。由于鱼眼相机本身的大视野，可以给用户提供很多的周围信息。在车载上，可以提高行车尤其是倒车时的安全性；对于同样分辨率的图像来说，可以储存更多的信息，选择不同的感兴趣区域进行多区域跟踪。鱼眼图像也应用在在火星车来进行避障。随着鱼眼相机的日常应用日益广泛，原始的鱼眼图像并不符合人眼的成像特性，无法给用户带来直观的感受。所以对鱼眼的快速自适应校正势在必行。

为了满足人们的看图习惯，有必要将鱼眼镜头获取的图像校正到正常图像的显示效果。目前大多数鱼眼校正算法较复杂且自适应性不强，需要研究出快速自适应的鱼眼校正算法。

国内外关于鱼眼矫正的方法有很多。大部分标定方法都需要利用棋盘格标定板来进行。棋盘格标定方法虽然只需要提供多幅不同位姿的棋盘格标定板图像，但是由于鱼眼成像引起的强烈畸变，直线在图像中变成了弧线，且为了保证标定的精度，标定需要利用棋盘格的几何性质，所以标定板上的所有角点都需要手工标注。这项操作不仅引入了标记误差，而且耗时巨大，很难满足实时性的需求。

而现有的其它校正方法虽然精度相对较高，但如果应用于监控、手机、车载等领域，很难保证实施性的要求，而且要求的场景局限性较大。我们所希望的是可以不依赖于场景、可以自适应的鱼眼图像快速标定方法。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种自适应的鱼眼镜头快速校正方法，本方法操作简单、满足实时性的需求，且可应用于监控、手机和车载等多个领域。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种自适应的鱼眼镜头快速校正方法，包括以下步骤：

(1)构建等距投影模型，提取不同位置的直线，获得点集；

(2)相机参数进行初始化，对点集进行噪声滤除；

(3)遵循透视投影中直线必须投影为直线的原则对图像平面进一步优化；

(4)采用立方体展开方式，将优化后的图像投影到单位视球的最大内接立方体的六个面上，输出投影；

(5)对同一设备的一次性标定进行二次校正，如果输出投影结果有偏差，重复步骤(1)-(3)，重新校正。

所述步骤(1)中，选择等距投影模型为r＝fθ；其中，θ是入射角，f为初始焦距，r为图像上点到图像中心的距离，定义如下：

其中，(u,v)为像素坐标系下坐标，(x,y)为图像坐标系下坐标，c＝(c_x，c_y)为图像中心。

所述步骤(1)中，由于空间直线在图像上为弧形的一部分，需要提示用户输入共线的多个点进行椭圆拟合，从而填充整条弧线。

所述步骤(1)中，用抛物线来近似拟合图像中弧线，在图像上最少选取空间共线的三点，分别位于线段的起点、中点和终点，在求出的抛物线每行交点的邻近区域内查找梯度最大的点，对直线上的点集进行扩充，记获得的特征点集为P＝{z，z_i＝(x_i，y_i)}}，其中i的取值范围为[1，得到的点的个数]。

所述步骤(2)中，设图像尺寸为w×h，初始的成像中心c为图像中心(w/2，h/2)，假设已知相机视场(FOV)为Ψ，根据选择的等距投影模型(r＝fθ)，得到初始的焦距：

f＝r_max/(Ψ/2)(2)

r_max为图像上最大的成像半径。

所述步骤(2)中，通过等距离投影模型，x一一映射到球面上的点X，将特征点集P转化为球面上点集P_s，X、Y、Z分别为Pg的空间坐标值；