[发明专利]免定标便捷的单目镜头图像径向畸变矫正方法

说明书

一种免定标便捷的单目镜头图像径向畸变矫正方法，其特征在于，分为以下步骤：1)对于单目摄像头所获取的单个图像或视频中的某一帧图像，在图像上标出3个矫正标记点；2)根据图像的畸变特征，构造径向畸变矫正计算模型；3)对矫正标记点进行数据优化，以消除误差和提高矫正算法的鲁棒性；4)运用优化后的矫正标记点，对畸变矫正计算模型进行数值求解，反求径向畸变参数；5)根据径向畸变参数，进行图像矫正，即计算矫正图片上每一点的像素值。本发明用户无需任何辅助定标图像，也无需预知或输入任何摄像头参数，只要交互输入3个点，即可实时实现图像矫正。

技术领域

本发明涉及图像处理领域中摄像头图像的后期处理技术，尤其涉及一种免定标便捷的单目镜头图像径向畸变矫正方法。

背景技术

由于摄像机镜头并不符合理想的针孔成像模型，所以摄取的图像普通存在桶形畸变、枕形畸变和鱼眼畸变。桶形畸变和枕形畸变统称为径向畸变。桶形畸变一般都是广角镜头形成的，远离镜头光轴区域的放大率比光轴附近的低，在像平面内出现外凸的情景。而枕形畸变一般是由远摄镜头形成的，视场边缘部分的放大率高于光轴中心部分，将矩形物体拍成四边向内凹进形如枕头的影像。摄像头图像的畸变矫正在机器视觉领域和图像处理领域都有着非常重要的应用价值。如何使用免定标技术，在无法预知各种镜头参数的情况下来矫正这些畸变的图像和视频一直是图像处理领域的技术难题。本专利针对单目摄像头的径向畸变图片，发明了一种免定标免参数的畸变图片自动矫正技术，填补了这一技术空白。

为了消除摄像机镜头的径向图像畸变，目前的矫正方法主要分为三种。

第一种是模板定标法。模板定标法需要制定一块定标模板，定标模板一般采用标准网格或者同心圆图像。将定标模板放在摄像机下拍摄采样图像，然后在采样图像上提取采样点，形成采样点群组，再利用采样点图像坐标和预知的采样点真实世界坐标，运用多项式拟合或样条拟合等方法，拟合出摄像机镜头的各种参数和畸变参数。这种方法的矫正精度高，是目前应用最广泛的矫正方法。此方法最大的缺陷是：在很多实际应用中，根本无法用摄像机对定标模板进行拍摄和采样，也就无法进行矫正了。

第二种是基于镜头特征参数的矫正方法。这种方法不需要制作定标模板，但必须预知镜头的某些特定的光学参数(如焦距等)值，然后根据选用的校正模型对畸变图像实施校正的方法。这种基于特征参数的方法无需制定模板，计算过程也较为简单。但是矫正的精确度比较低，适应范围也比较窄，只能针对某些特定的镜头。在很多实际应用中，根本无法预先获知镜头的特征参数和畸变模型。

第三种是多目镜头矫正法。利用多个摄像机从不同角度对同一目标进行拍摄，利用两幅或多幅图像间的特征点匹配，在某种约束下(如交比的投影不变性)进行畸变参数估计来实现自标定。比如基于径向基本矩阵的矫正方法和基于圆心共线约束的矫正方法。这类方法的缺点是需要多个摄像头拍摄的多幅标定图像，计算过程繁琐。

本发明提出的免定标单目摄像头径向畸变图片自动矫正技术，用户无需任何辅助定标图像，也无需输入任何摄像头参数，只要便捷地交互输入3个点，即可实时实现图像矫正。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的针对单目摄像头拍摄的径向畸变图片，本发明提供了一种免定标的图片自动矫正技术。用户无需任何辅助定标图像，也无需预知或输入任何摄像头参数，只要交互输入3个点，即可实时实现图像矫正。因为畸变参数只需求取一次，本发明的矫正技术不仅能对图像的所有像素进行并行处理，而且能对视频的所有帧进行并行处理，所以此技术也适用于视频的实时径向畸变矫正。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：免定标便捷的单目镜头图像径向畸变矫正方法，分为以下步骤：

1)对于单目摄像头所获取的单个图像或视频中的某一帧图像，在图像上按一定准则便捷地标出3个矫正标记点；

2)根据图像的径向畸变特征，构造径向畸变矫正计算模型；