[发明专利]一种基于手机平台的图像实时校正方法

摘要

本发明公开了一种基于手机平台的图像实时校正方法，包括：步骤1，拍摄标准测试图像，利用标准测试图像计算校正矩阵；步骤2，将校正矩阵保存在在线数据库中供实时下载使用；步骤3，输入手机使用者的身高和臂长，得到手机拍摄高度，根据拍摄高度在在线数据库中下载对应的所有校正矩阵数据，存储在手机的本地内存中；步骤4，对手机实时拍摄的图像进行坐标转换：根据从方向传感器实时采集到的角度信息，在手机本地内存中查找与其对应的校正矩阵，根据校正矩阵和给出的转换关系将手机实时拍摄的图像中每一个像素点的坐标转换成校正后图像中各像素点坐标；步骤5，继续进行灰度插值计算，得到坐标转换后校正图像中每个像素点的灰度值。

主权项

1.一种基于手机平台的图像实时校正方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，拍摄标准测试图像，利用标准测试图像计算校正矩阵；步骤2，将校正矩阵数据保存在在线数据库中供实时下载使用；步骤3，输入手机使用者的身高和臂长数据，得到手机摄像头的拍摄高度，根据拍摄高度在在线数据库中下载对应的所有校正矩阵数据，存储在手机的本地内存中；步骤4，对手机实时拍摄的图像进行坐标转换：根据从方向传感器实时采集到的角度信息，在手机本地内存中查找与其对应的校正矩阵，根据校正矩阵和给出的转换关系将手机实时拍摄的图像中每一个像素点的坐标转换成校正后图像中各像素点的坐标；步骤5，灰度插值：步骤4后继续使用双线性插值算法进行计算，得到坐标转换后校正图像中每个像素点的灰度值，从而得到校正后的图像；步骤1包括如下步骤：步骤1‑1：准备一张画满小正方形的方格图板，用于拍摄标准测试图像；步骤1‑2：建立坐标系：以手机机身左下角为坐标系原点，以机身长边为y轴，短边为x轴，手机平放时垂直于屏幕且向上为z轴方向；将手机固定在三角支架上，调整至特定高度，同时调整X轴和Y轴的旋转角度调至所需的值，确定手机摄像头所处的高度、手机Y轴绕X轴的旋转角和X轴绕Y轴的旋转角；步骤1‑3：使用手机实时采集一帧标准测试图像；步骤1‑4：对采集到的图像依次进行灰度化和直方图均衡；步骤1‑5：在经过直方图均衡后的图像上挑选出能找到的最大的完整的正方形，该正方形的四个点为畸变图像畸变轮廓上的四个点即控制点，依次设为A、B、C和D，坐标分别为(x_a,y_a)、(x_b,y_b)、(x_c,y_c)和(x_d,y_d)，A、B、C、D分别位于左上角、右上角、左下角和右下角，所述控制点对应的校正后图像中的标准点依次为E、F、C'和D'，坐标分别为(x_e,y_e)、(x_f,y_f)、(x_c',y_c')和(x_d',y_d')，通过如下方法计算标准点E、F、C'、D'的坐标，得到的四对坐标值：(x_e,y_e)＝(x_c,y_c‑L)；(x_f,y_f)＝(x_d,y_c‑L)；(x_c',y_c')＝(x_c,y_c)；(x_d',y_d')＝(x_d,y_c)；其中L为C和D两点的水平像素差，即L＝x_d–x_c；；步骤1‑6：将得到的四对坐标值分别代入如下坐标转换方程即转换关系中：x_s'＝k₁x_s+k₂y_s+k₃x_sy_s+k₄，y_s'＝k₅x_s+k₆y_s+k₇x_sy_s+k₈，其中，x_s'和y_s'分别是校正后图像中标准点的横坐标和纵坐标，x_s和y_s分别是对应的畸变图像中像素点的横坐标和纵坐标；获得如下方程：解方程后得到八个参数组成的转换矩阵K＝[k₁，k₂，k₃，k₄，k₅，k₆，k₇，k₈，1]^T，即为校正矩阵，其实质就是上述坐标转换关系的系数集合；步骤1‑7：保持手机的高度不变，旋转手机，改变Y轴和X轴旋转角的值，重复步骤1‑3～步骤1‑6，得到当前高度下全部所需角度对应的校正矩阵数据，并全部存储在应用的在线数据库中；步骤1‑8：改变手机摄像头所在的高度，重复步骤1‑1～步骤1‑7，计算在新高度下的所有校正矩阵数据，将获得的全部高度对应的校正矩阵数据存储在数据库中；步骤1‑2中，所述确定手机Y轴和X轴相对于水平放置时的旋转角度，包括：手机Y轴绕X轴旋转的角度，即机身与拍摄平面之间的夹角，也就是摄像头光轴与拍摄平面的垂线之间的夹角，所在的范围主要分布在12度到40度之间，以及X轴绕Y轴旋转的角度，即右手持手机时X轴绕Y轴旋转的角度主要分布在0到10度之间，左手持手机时X轴绕Y轴旋转的角度主要分布在‑10度到0度之间；步骤2所述的在线数据库中，以手机摄像头所在高度hd作为表索引即一级索引，每一个使用者特定的身高hu和前臂长度hf对应着一个拍摄高度hd，即对应一张特定数据表，表中每条记录存储手机坐标轴的Y轴和X轴的一个角度信息以及该角度信息下对应的校正矩阵数据，以Y轴和X轴的旋转角度组合作为每条记录的索引，即二级索引或表内索引；步骤3中，通过如下方法计算手机摄像头的拍摄高度：：设使用者的身高为hu，腰部的高度为he＝0.615*hu，前臂长度为hf，则手持手机时手机摄像头所在的高度即拍摄高度为hd，通过如下公式计算拍摄高度hd：hd＝he+sin(π/6)hf，其中身高hu和前臂长度hf由使用者实际测量得到；步骤4包括如下步骤：步骤4‑1，在手机应用初次启动时，允许用户输入身高和手臂前臂长度，根据此参数计算出对应的手机摄像头所在的高度，再根据高度从在线数据库中下载该高度对应的所有校正矩阵数据并存储于手机应用的本地存储空间；手机的方向传感器分别采集到手机的y轴绕x轴旋转过的角度和x轴绕y轴旋转过的角度，平放在水平面上时这两个角度都为零，以特定的频率实时采集这两个角度的数据，获取手机摄像头的俯仰角信息；步骤4‑2，对于手机实时拍摄的图像中的像素点i，根据如下公式进行坐标转换：(x_i’，y_i’)＝T(x_i，y_i),其中，T即表示坐标转换关系，x_i、y_i分别表示手机实时拍摄的图像中像素点i的横坐标和纵坐标，x_i’、y_i’分别表示校正后图像中的像素点i的横坐标和纵坐标，所述坐标转换关系T通过如下公式实现：其中，参数k₁～k₈组成的矩阵K即为校正矩阵；步骤4‑3，根据步骤4‑1获得的角度信息和拍摄高度在手机本地内存中查找对应的校正矩阵数据，得到参数k₁～k₈的值，完成校正图像各像素点的坐标转换。