[发明专利]一种基于自校标定的鱼眼镜头高精度矫正方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种镜头矫正方法，具体涉及一种基于自校标定的鱼眼镜头高精度矫正方法。

背景技术

在机器视觉、全景摄影、安防监控以及虚拟现实等领域，鱼眼镜头由于其超宽的视场范围(一般达到甚至超过180°)，得到越来越广泛的应用。但是，鱼眼相机存在严重的畸变，主要包含径向畸变以及切向畸变。其中，径向畸变表现为图像的压缩，即把大视场范围的光线压缩在一个有限的圆内，是鱼眼镜头图像的主要畸变；切向畸变表现为由于镜头制作工艺的不完全对称性，导致在切向的偏移，为微小的畸变。

目前，在计算机视觉以及计算机图形学等领域，对鱼眼镜头畸变矫正的研究很多。基于单幅图像的方法，其理论根据是直线的投影仍然是直线，它通过“把畸变后的直线恢复为直线”的过程来确定畸变参数，此类方法虽然灵活，但是实现复杂、计算量大，并且相机标定困难。基于多幅图像的方法是目前的研究热点，它通过从不同角度拍摄多幅模板图像来求取投影模型参数，实现简单，但是当投影模型简单时，其矫正与标定的精度较差，而当投影模型复杂时，又会增加模型参数求解的难度。

由于小孔成像模型具有实现简单、易于标定、符合人眼视觉效果等特点，我们在以前的专利中提出了一种基于小孔成像模型的鱼眼相机矫正与标定方法。该方法通过从不同角度拍摄多幅鱼眼模板图，求取小孔成像模型的参数，属于基于多幅图像的矫正方法。但是，由于小孔成像模型适用的视场范围为90°左右，而鱼眼镜头一般达到甚至超过180°，导致小孔成像模型使用的局限性。

为了得到宽的矫正视场、高的矫正精度，我们进一步发明了“两步法”，分为全局投影模型求解以及局部矫正结果优化。在全局投影模型求解中，忽略了镜头的微小切向畸变并假设镜头满足旋转对称等条件，使用多项式投影模型对鱼眼镜头的径向畸变进行拟合，减少了模型参数、降低了运算量。在局部矫正结果优化中，首先，用求得的投影模型对鱼眼模板图像上的特征点进行矫正恢复；然后，对这些矫正的特征点进行直线拟合，在得到特征点的直线拟合误差后，使用自然邻点插值算法，得到局部的误差；最后，通过多次对不同区域进行局部优化处理，即可得到整个优化鱼眼成像区域。但是，此发明仅仅考虑鱼眼镜头在图像处理层面的重构，对于实际的卫星激光定位系统，其矫正精度仍然不够高。

发明内容

本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种基于自校标定的鱼眼镜头高精度矫正方法。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种基于自校标定的鱼眼镜头高精度矫正方法，它包括以下步骤：

(a)利用激光扫描终端按照预先设置的角度(α_j',β_j')发射激光束，j表示发射次数；

(b)采用超宽视场捕获装置捕获入射光束，通过亚像素光斑定位算法得到入射光束的成像位置(x_j,y_j)，并结合鱼眼镜头多项式投影模型获得入射光的角度(α_j,β_j)；持续测量，建立入射光束的角度定位误差α_j'-α_j、β_j'-β_j与成像光斑位置(x_j,y_j)的关系表，j＝2，…，L；

(c)再次采用超宽视场捕获装置捕获入射光束并获得其光斑位置，通过多项式投影模型和光斑定位算法获得入射光的角度(α_proj,β_proj)，并通过自然邻点插值算法得到角度定位误差 (α_int,β_int)，经式(1)计算得到自校标定系统的入射光角度(α_posi，β_posi)；

优化地，步骤(c)中，所述自然邻点插值算法在插值时以(α_j,β_j)为插值节点，α_j'-α_j或β_j'-β_j为插值节点的函数值。

优化地，L≥800。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明基于自校标定的鱼眼镜头高精度矫正方法，在鱼眼镜头多项式投影模型的基础上，结合角度测量以及自然邻点插值，提出了自校标定算法，进一步提高矫正精度；通过持续的测量，系统的角度检测误差逐渐减小，即系统能够在使用中提高精度，从而进一步提高基于鱼眼镜头的卫星激光定位系统中角度定位的精度。