[发明专利]一种基于FPGA的双路视频实时矫正装置及方法

权利要求书

1.一种基于FPGA的嵌入式双路视频矫正装置，其特征在于：包括两路摄像机、视频解码模块、视频存储模块、通信模块、参数存储模块、中央处理器、视频编码模块以及视频显示模块；视频解码模块将两路摄像机的视频从串行信号转变为并行信号，并传送给中央处理器FPGA，FPGA将视频数据暂时存储到能完成DDR3中，为后续视频矫正做铺垫，并从参数存储模块中读取事先存储的用于视频矫正的参数，选取一路视频为基准视频，针对第二路视频先去除其本身视频的镜头参数引起的畸变，然后把基准视频的镜头参数采用基于泰勒级数反向添加畸变的方法求出反向添加畸变的计算系数，反向作用添加到第二路视频，以去除双路视频由于畸变引起的误差；经过矫正后的两路视频经过视频编码模块，将并行信号转为串行信号输送给视频显示模块显示出来以供人眼观看；

所述采用基于泰勒级数反向添加畸变的方法，具体为：

(1)根据基准视频的畸变系数计算出无畸变视频的像素坐标值；

(2)将自变量即带畸变视频像素坐标和因变量即无畸变后的视频像素坐标进行交换，利用泰勒级数逼近的方法拟合出反向求解带畸变视频坐标的计算公式，得出畸变后水平方向像素坐标值的计算系数和畸变后垂直方向像素坐标值的计算系数；

(3)根据步骤(2)中公式计算系数，将第二路视频映射为添加基准视频畸变效应的视频结果，以消除两路视频的相对畸变。

2.根据权利要求1所述的基于FPGA的嵌入式双路视频矫正装置，其特征在于：所述得出畸变后水平方向像素坐标值的计算系数和畸变后垂直方向像素坐标值的计算系数具体过程为：

用泰勒拟合来代替求解二元高次方程组的过程，考虑先求出正向去除基准路视频摄像机畸变的像素坐标结果，然后将自变量即带畸变视频像素坐标和因变量即无畸变后的视频像素坐标进行交换，拟合出解析式，公式如下：

其中x,y是实际拍摄的有畸变效应的像素坐标，x',y'是无畸变效应的像素坐标，当通过上式计算出x',y'的值后，利用泰勒级数拟合出下式

拟合出如下的三次多项式，

其中p_ijx是拟合求添加畸变后水平方向像素坐标值的计算系数，p_ijy是拟合求添加畸变后垂直方向像素坐标值的公式计算系数。

3.一种基于FPGA的嵌入式双路视频矫正方法，其特征在于包括以下步骤：首先使用棋盘格对两路视频的相机镜头进行内部参数标定；然后以一路视频为基准，去除第二路视频畸变，再把基准视频镜头标定好的畸变参数效果添加到第二路视频中，以去除双路视频由于畸变引起的误差，符合人眼视觉感受，具体如下：

(1)使用棋盘格对双路摄像机进行标定，得到畸变系数；并且根据基准视频的畸变系数利用基于泰勒级数反向添加畸变的方法求出反向添加畸变的计算系数，包括水平坐标映射系数和垂直坐标映射系数；之后上位机通过通讯模块RS422将第二路的去除畸变所用到的计算系数，即第二路标定的畸变系数和基准视频的反向添加畸变计算系数写入到参数存储模块中；

(2)双路视频通过视频解码模块输送到FPGA，由FPGA暂存在DDR3中，然后根据(1)中在参数存储模块中存储的计算系数，计算出第二路视频的映射地址，据此从DDR3中读取视频数据，依据基准视频去矫正第二路视频，达到去除两路视频相对畸变的目的；

(3)将两路视频进行编码，然后输送到视频编码模块转为串行视频，最终显示出来以供人眼观看；

所述步骤(1)中基于泰勒级数反向添加畸变的方法，具体为：

(11)根据基准视频的畸变系数计算出无畸变视频的像素坐标值；

(12)将自变量即带畸变视频像素坐标和因变量即无畸变后的视频像素坐标进行交换，利用泰勒级数逼近的方法拟合出反向求解带畸变视频坐标的计算公式，得出畸变后水平方向像素坐标值的计算系数和畸变后垂直方向像素坐标值的计算系数；

(13)根据步骤(12)中公式计算系数，将第二路视频映射为添加基准视频畸变效应的视频结果，以消除两路视频的相对畸变。