鱼眼镜头图像校正方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及数字图像处理技术领域，尤其涉及一种鱼眼镜头图像校正方法及装 置。
【背景技术】
[0002] 鱼眼镜头是一种超广角镜头，视角通常能达到或超过180度，镜头直径很短且呈抛 物状向镜头前部凸出，和鱼的眼睛类似故名鱼眼镜头。鱼眼镜头在视频监控、虚拟现实、三 维建模、视觉导航领域有广泛的应用。但是鱼眼镜头将半球形物面成像为平面，所以鱼眼镜 头所拍摄的图像严重畸变，视觉上感受非常不自然，因此需要将这些畸变图像校正为人们 所习惯的透视投影图像。
[0003] 现有技术中恢复图像畸变可以采用鱼眼镜头标定算法，通过建立鱼眼镜头特定的 成像模型，然后用标定装置得到鱼眼镜头的校正参数，最后利用获得的校正参数来校正图 像。通常标定装置需要相应的标定模版，以及利用鱼眼镜头对所述标定模版进行拍摄，根据 拍摄的图像来得到鱼眼镜头的校正参数，标定模版如平面黑白棋盘。但是通常鱼眼镜头对 所述黑白棋盘拍摄的图像中，黑白棋盘不能布满整个拍摄的图像，导致标定装置得到的校 正参数未必是全局最优的，因此基于鱼眼镜头标定后的校正图像可能会严重扭曲。
【发明内容】
[0004] 本发明提供一种鱼眼镜头图像校正方法及装置，以克服现有技术中基于鱼眼镜头 标定后的校正图像可能会严重扭曲的问题。
[0005] 第一方面，本发明提供一种鱼眼镜头图像校正方法，包括：
[0006] 根据鱼眼镜头采集到的标定图像，获取鱼眼镜头成像模型的模型参数；
[0007] 根据所述模型参数以及预设约束条件确定鱼眼镜头的有效视角范围；
[0008] 在所述有效视角范围内对鱼眼镜头所采集的鱼眼镜头图像进行校正，得到校正后 的鱼眼镜头图像。
[0009] 第二方面，本发明提供一种鱼眼镜头图像校正装置，包括：
[0010] 获取模块，用于根据鱼眼镜头采集到的标定图像，获取鱼眼镜头成像模型的模型 参数；
[0011] 确定模块，用于根据所述模型参数以及预设约束条件确定鱼眼镜头的有效视角范 围；
[0012] 校正模块，用于在所述有效视角范围内对鱼眼镜头所采集的鱼眼镜头图像进行校 正，得到校正后的鱼眼镜头图像。
[0013] 本发明鱼眼镜头图像校正方法及装置，通过根据鱼眼镜头采集到的标定图像，获 取鱼眼镜头成像模型的模型参数，并根据所述模型参数以及预设约束条件确定鱼眼镜头的 有效视角范围；在所述有效视角范围内对鱼眼镜头所采集的鱼眼镜头图像进行校正，得到 校正后的鱼眼镜头图像，由于标定图像中的黑白棋盘不能布满整个标定图像，因此获取到 的模型参数未必是全局最优的，相比现有技术而言，本发明中在确定模型参数之后，进一步 确定鱼眼镜头的有效视角范围，在所述有效视角范围内对鱼眼镜头所采集的鱼眼镜头图像 进行校正，因此，能够把畸变的鱼眼镜头图像还原为满足人眼视觉效果的透视图像，解决了 现有技术中基于鱼眼镜头标定后的校正图像可能会严重扭曲的问题。
【附图说明】
[0014] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发 明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0015] 图1为本发明鱼眼镜头图像校正方法一实施例的流程示意图；
[0016] 图2为鱼眼镜头坐标系和鱼眼图像平面坐标系的关系示意图；
[0017]图3为本发明鱼眼镜头图像校正装置一实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
[0018] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例 中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是 本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员 在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0019] 图1为本发明鱼眼镜头图像校正方法一实施例的流程示意图。图2为鱼眼镜头坐标 系和鱼眼图像平面坐标系的关系示意图。如图1所示，本实施例的方法包括：
[0020] 步骤101、根据鱼眼镜头采集到的标定图像，获取鱼眼镜头成像模型的模型参数；
[0021] 步骤102、根据所述模型参数以及预设约束条件确定鱼眼镜头的有效视角范围；
[0022] 步骤103、在所述有效视角范围内对鱼眼镜头所采集的鱼眼镜头图像进行校正，得 到校正后的鱼眼镜头图像。
[0023] 具体来说，自制平面棋盘标定板，带鱼眼镜头的摄像机对棋盘标定板采集η幅标定 图像，η>>1;在每张标定图像上选取棋盘格的黑白交叉顶点，并且获得该些顶点的世界坐标 系下的坐标和鱼眼镜头坐标下的坐标，并根据该些顶点的坐标以及鱼眼镜头成像模型获取 该鱼眼镜头成像模型的模型参数。
[0024] 如图2所示，OcXcYcZc为鱼眼镜头坐标系，OwXwYwZw为世界坐标系，假设世界坐标 系下一个点?￥(^￥，7￥，2￥)，乂 ￥为?￥在世界坐标系下乂￥轴的坐标值，￥￥为?￥在世界坐标系下 Yw轴的坐标值，Zw为Pw在世界坐标系下Zw轴的坐标值;Pw点在鱼眼镜头坐标系下的坐标为 Pc(Xc，Yc，Zc)，Xc为Pc在鱼眼镜头坐标系下Xc轴的坐标值，Yc为Pc在鱼眼镜头坐标系下Yc 轴的坐标值，Zc为Pc在鱼眼镜头坐标系下Zc轴的坐标值;线段反瓦与鱼眼镜头坐标系的Zc 轴正方向（即@7)的夹角为9;0iXiYiZi为鱼眼图像平面坐标系，f为鱼眼镜头的焦距，Pi 为鱼眼镜头采集的图像上与所述Pc对应的点，假设Pr(a，b)为校正后的图像上与所述Pc对 应的点，令9d为像素点Pi与鱼眼图像平面坐标系原点0i的距离;a和b分别为该Pr点在鱼眼 图像平面坐标系下的水平(Xi轴)和垂直(Yi轴)坐标(空间实际坐标值）；r为Pr到Oi的距离。
[0025] 鱼眼镜头成像模型有如下几种：
[0026] [1]化=2々/'tan($);用于体视投影（stereographic projection)，使用很少；
[0027] [2]化=2#/sin(·^);用于等立体角投影（equisolid angle projection)，民用鱼 眼镜头；
[0028] [3]0d = kf sin(0);用于正交投景多(orthogonal projection)，少数镜头采用；
[0029] [4]9d = kf0;用于等距投影（equidistanee projection)，最常用。
[0030]其中，k为鱼眼镜头成像模型的系数。
[0031] 将上述模型泰勒展开后可以得到通用鱼眼镜头成像模型 k909+...;
[0032] 其中，匕上、1?、1^4为所述鱼眼镜头成像模型的系数。
[0033] 本发明实施例中以通用鱼眼镜头成像模型为例进行说明。
[0034] 获取该鱼眼镜头成像模型的模型参数，首先初始化模型参数;然后使用伯格-马夸 特Levenberg-Marquardt算法优化代价函数获取模型参数。该算法广泛应用于非线性最小 化问题，它是高斯一牛顿算法的变形。它介于牛顿法与梯度下降法之间，对于参数化的问题 不敏感，能够有效的处理冗余参数问题，使代价函数陷入局部极小值的机会大大减小。
[0035] 在获取模型参数的过程中，由于未对鱼眼镜头成像模型的系数1^、1?、1?、1^4进行约 束，因此得到的模型参数未必是全局最优。由鱼眼镜头成像模型可知：Θ在0和V2范围内，0 d 大于0且小于Θ，且为所述Θ的单调递增函数;根据标定得到的已知模型参数khkhkhluM 及Θ在〇和jt/2范围内的变化画出0d的图形，取出大于〇且小于Θ并且单调递增的部分即可知 道有效视角范围，从而知道最大有效视角。
[0036]在所述有效视角范围内对鱼眼镜头所采集的鱼眼镜头图像进行校正，得到校正后 的鱼眼镜头图像。具体可以采用双线性插值法进行校正。
[0037] 本实施例提供的鱼眼镜头图像校正方法，通过根据鱼眼镜头采集到的标定图像， 获取鱼眼镜头成像模型的模型参数，并根据所述模型参数以及预设约束条件确定鱼眼镜头 的有效视角范围；在