[发明专利]一种图像拉伸畸变自适应校正方法

摘要

本发明提出了一种图像拉伸畸变自适应校正方法。首先将图像划分为均匀方形网格并建立输入输出坐标；其次通过人脸检测算法确定出人物区域与背景区域，分别为各个区域建立单应性约束，以校正人物区域中出现的拉伸畸变，并为相邻区域建立单应性兼容约束，保证各个区域的连续性；通过直线检测算法确定直线区域，为直线区域建立直线保持约束，以保证校正后的直线不出现弯曲；通过全局坐标平滑和均匀性约束保证整幅图像一致连续。再将上述约束表述为能量函数，并加入权重，将各个能量方程相加。使用最小二乘方法计算出能量最小时的坐标值，即得到校正后的图像坐标值。最后使用双线性映射进行渲染得到最终校正图像。

主权项

一种图像拉伸畸变自适应校正方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤A：输入带有物体拉伸畸变的图像；步骤B：建立网格及坐标，将带有物体拉伸畸变的图像划分为正方形均匀网格，网格交点坐标记为x i,j＝(xi,j,yi,j)，i,j为网格交点序号；设网格交点坐标xi,j校正后的坐标为u i,j＝(ui,j,vi,j)；步骤C：构造u i,j的约束能量函数；步骤C1：构造单应性约束能量函数；计算出将人物区域旋转至视场中心需要旋转的角度计算公式为：其中L为人物区域中心到视场中心的水平偏移距离，f为焦距，L和f均转化为以像素数为单位；则人物区域的单应性变换可写为：将上式描述的单应性变换记为H(xi,j)，则可以定义人物区域网格点单应性约束的能量函数：其中，P1为人物区域网格点的集合；背景区域网格点的单应性约束能量函数定义为：其中，P2为背景区域网格点的集合；总的单应性约束能量函数即为步骤C2：构造单应性兼容约束能量函数；定义Phc为人物区域和背景区域间共有边界的网格点，H1、H2分别为背景区域和人物区域的单应性变换；则单应性兼容约束的能量函数为：步骤C3：构造直线保持约束能量函数；首先使用直线段检测算法检测图像中除人物之外背景区域中的直线段；将检测到的直线集合定义为L；在每一个有直线经过的网格中定义一个虚拟点其中系数a,b,c,d由与u‑v坐标相对应的x‑y坐标值经双线性插值计算得到；计算公式为：其中，取为网格块内线段的中点；对于任意一条直线，定义其起始点和终点分别为u start和u end；计算曲线上的点u i,j与该点到直线上投影点之间的距离D，并将D约束为零；由几何关系可以得到，该距离D的计算式为D＝|n(u i,j‑u start)T|其中，n＝(n1,n2)为直线的单位法向量；计算出距离D，则可定义直线保持约束的能量函数为步骤C4：构造全局坐标平滑约束能量函数；定义u‑v坐标的雅可比矩阵为当雅可比矩阵中的各项满足柯西‑黎曼方程：时，可实现坐标的连续平滑；将上式离散化得：通过上式可计算坐标平滑约束能量函数：Es＝∑((ui+1,j‑ui,j)‑(vi,j+1‑vi,j))2+∑((vi+1,j‑vi,j)+(ui,j+1‑ui,j))2；步骤C5：构造全局坐标均匀约束能量函数；将拉普拉斯算子离散化，可定义全局坐标均匀约束的能量函数为步骤D：线性最小二乘求解；为每一个能量函数添加权重系数并将各能量函数相加得到总能量函数为：使E＝0，则Eh,Ehc,El,Es,Eu均需为0，由此可以构造出线性方程组Ax＝b其中A为约束矩阵，包含约束能量函数中的ui,j前的各个系数；x为包含待求未知量ui,j和vi,j的列向量，b包含各个方程的常数项；用线性最小二乘法对x进行求解，求解公式为x＝(ATA)‑1ATb步骤E：求解出网格点坐标ui,j和vi,j后，采用双线性映射计算出除网格点之外任意点(x,y)校正后的坐标为(u,v)＝(1‑x)(1‑y)p1+x(1‑y)p2+(1‑x)yp3+xyp4；其中，p1,p2,p3,p4分别为点(x,y)所在网格的4个网格点坐标，p1为左上角网格点坐标，p2为右上角网格点坐标，p3为左下角网格点坐标，p4为右下角网格点坐标；步骤F：计算出校正坐标(u,v)后；通过从输入坐标值(x,y)到计算得到的坐标值(u,v)的重映射和插值，得到校正图像。