[发明专利]利用旋转对称广角透镜获得全景和直线性图像的方法和装置

摘要

本发明提供了用于从利用装配有广角透镜的照相机得到的数字化图像中获取看上去自然的全景图像和直线性图像的数学上精确的图像处理算法以及实施这些算法的设备，其中所述广角透镜绕光轴旋转对称。采用该方法的成像系统不仅能够用在用于室内和室外环境的安全监控应用中，而且还能用在诸如用于公寓入口门的视频电话、用于车辆的后视照相机、用于无人机和自动机械的视觉传感器、照相机电话、PC照相机以及广播照相机的多种领域中。此外，其能够采用数字照相机获得全景或直线性照片。

主权项

获得直线性图像的方法，所述方法包括：采用照相机获得未修正的像平面，所述照相机装配有绕光轴旋转对称的广角透镜；以及从所述未修正的像平面获取经处理的像平面，其中，所述未修正的像平面为具有Kmax行和Lmax列的二维阵列，在所述未修正的像平面上所述光轴的像素坐标为(Ko，Lo)，所述透镜的真实投影方案是作为相应入射光线的天顶角θ的函数得到的图像高度r并给定为r＝r(θ)，所述照相机的放大率g给定为 g = r ′ r , 其中，r′为在所述未修正的像平面上与所述图像高度r相对应的像素距离，所述经处理的像平面是具有Imax行和Jmax列的二维阵列，在所述经处理的像平面上所述光轴的像素坐标为(Io-ΔI，Jo-ΔJ)，其中(Io，Jo)给定为 ( I o , J o ) = ( 1 + I max 2 , 1 + J max 2 ) , 而ΔI和ΔJ为任意的像素距离，用于在所述经处理的像平面上具有坐标(I，J)的像素的视频信号值假设为所述未修正的像平面上具有坐标(x′I，J，y′I，J)的虚构像素的视频信号值，其中，所述虚构像素的像素坐标(x′I，J，y′I，J)由以下一组等式给出 s ′ ′ = J max - 1 2 tan ( Δψ 2 ) θ I , J = tan - 1 { ( I - I o + ΔI ) 2 + ( J - J o + ΔJ ) 2 s ′ ′ } φ I , J = tan - 1 ( I - I o + ΔI J - J o + ΔJ ) XI，J＝sinθI，JcosφI，JYI，J＝sinθI，JsinφI，JZI，J＝cosθI，JX″I，J＝XI，Jcosβ+YI，Jsinβsinα+ZI，JsinβcosαY″I，J＝YI，Jcosα-ZI，JsinαZ″I，J＝-XI，Jsinβ+YI，Jcosβsinα+ZI，JcosβcosαθI，J＝cos-1(Z″I，J) φ I , J = tan - 1 ( Y I , J ′ ′ X I , J ′ ′ ) rI，J＝r(θI，J)x′I，J＝Lo+grI，Jcos(φI，J)y′I，J＝Ko+grI，Jsin(φI，J)其中，Δψ是小于180°的任意角度，而α和β是任意角度。