专利名称：基于立方体投影对鱼眼图像畸变校正方法
技术领域：
本发明属于先进制造技术领域，涉及一种鱼眼镜头鱼眼镜头图像畸变几何矫正方法。
背景技术：
鱼眼镜头成像立体视觉系统在微小型机器人视觉导航和近距离大视场物体识别 与定位中有着广泛的应用.鱼眼镜头摄像机视场角接近180。，可以实现近距离或超近距 离大视场立体视觉感知，但同时也引入了非常严重的图像变形.图像变形的主要原因是鱼 眼镜头的真正成像面不是平面，而是近似于球状的曲面.因此，鱼眼镜头成像不是理想的 透视投影，不能用常规摄像机标定方法来标定。这就要使用具有较大视场(field of view) 的广角或鱼眼摄像机.但使用但使用广角或鱼眼摄像机拍摄的图像具有非常严重的变 形.如果我们想利用这些具有严重变形图像的透视投影信息，那么就需要将这些变形图像 校正为人们习惯的透视投影图像。 目前，鱼眼图像畸变矫正的方法有很多，其中基于球面模型和基于柱面模型的鱼 眼镜头矫正矫正方法最常用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种鱼眼镜头图像畸变几何矫正方法。该方法首先用鱼眼 镜头得到成像模型，并根据成像模型对鱼眼镜头进行标定，得到标定参数，然后在利用鱼眼 投影曲线，使用立方体投影，根据成像平面确定映射关系，对鱼眼图像进行畸变校正，最后 将校正后的图像拼接。
本发明的基于立方体投影对鱼眼图像畸变校正方法，包括如下步骤 步骤1 :用鱼眼镜头得到成像模型，并根据成像模型对鱼眼镜头进行标定得到标
定参数； 步骤2 :根据采集到的鱼眼图像，确定视点，并以视点为坐标系原点，建立立方体 透视投影模型，得到空间点的立方体透视投影； 步骤3 :建立空间点的立方体透视投影与鱼眼图像之间的映射关系；
步骤4 :使用双线性内插值法，实现对鱼眼图像的畸变校正。 上述的步骤4中，设空间点p(x。， y。， z。)经过立方体投影模型非线性映射为鱼眼 图像上的点m(x， y)，该点的浮点坐标为(i+u， j+v) ， (i G Z+， j G Z+， u G
本发明用基于立方体投影模型来矫正畸变的鱼眼图像，能够有效的克服原始的鱼 眼图像存在的几何变形，使得校正后的图像符合人的直观感觉，真实感较强。
图1标识了立方体投影的观察坐标系。
图2立方体的透视投影模型。
图3鱼眼图像极坐标系。
图4双线性插值计算示意图。
具体实施例方式步骤1 :用鱼眼镜头得到成像模型，并根据成像模型对鱼眼镜头进行标定得到标
定参数。此步骤按照常规的标定方法，根据鱼眼镜头的具体参数进行标定。
步骤2 :根据采集到的鱼眼图像，确定视点，以视点为原点，建立立方体透视投影 参见图1，先建立坐标系，由于采用立方体投影，而立方体表面有6个面，所以需要 对表示立方体的函数进行分段。 设立方体中心(即所采集的鱼眼图像的视点)为观察坐标系原点，a为立方体的 边长。
则立方体6个面的坐标方程分别为
<formula>formula see original document page 4</formula>
空间任一点P(x。， y。， z。)与视点(O，O，O)连线方程为: x — _y — z
少o zo
算出点p与立方体各个面上对应点，立方体各个面上对应点的坐标分别表示为 <formula>formula see original document page 4</formula>ox0fl_y0 a
ABCD :(—i广i,—5) 这样就得到了立方体的透视投影模型，并将空间点 在已知立方体的投影图像后，将立方体透视投影转换为平面投影如上图2所示。 对于立方体上的一点，比如在ABCD面上的p。的像素坐标为(X， Y， Z)，则其对应的投影平面
上的P(x，y)的像素坐标则为X = f ,其余的平面均可作类似计算。
系；
步骤3 :建立空间点的立方体透视投影与鱼眼图像之间的映射关系。 根据空间立方体透视投影模型立方体投影图像的平面投影与鱼眼图像的映射关
由立方体透视投影模型可以得到鱼眼变形矫正模型，对鱼眼图像进行畸变校正。
如果P(x。， y。， z。)为空间某一点的立方体透视投影点，它在立方体各个面上对应 点的坐标如步骤一二所示，由于鱼眼变形，这一点被映射到鱼眼图像平面上一点m， m的 直角坐标为(x， y)，主轴z与鱼眼图像的交点，即主点的直角坐标记为(xp， y》，以主点 (xp， yp)(—般都认位于图形的中心)为极坐标系的坐标原点建立极坐标系，见图3，则有
〔n》+0-_y。) tan 6
y一力 把p(x。，y。，z。)按照步骤1，2. ，3计算出新的坐标值m(r， e)就完成了像平面点到 立方体点的一一映射，然后再将此点的灰度值按双线性插值的方法得到一个较为精确的灰 度值。 步骤4 :使用双线性内插值法，实现对鱼眼图像的畸变校正。 按照步骤3用逆投影即通过空间投影立方体上的点p (x。， y。， z。)对应找到成像平 面上m(x，y)的坐标，现对其矫正。 使用双线性插值法，可使得校正后的图像目标像素坐标点P(X， Y)的像素值将由 对应鱼眼图像上的4个像素坐标点插值获得。 空间点p(x。， y。， z。)经过立方体投影模型非线性映射为鱼眼图像点m(x， y)，通过 逆投影得到m(x， y)的浮点坐标:(i+u， j+v) ， (i G Z+， j G Z+， u G [0， 1) ， v G [0， 1))(即 x = i+u，y = j+v，其中i、j均为浮点坐标的整数部分，u、v为浮点坐标的小数部分，是取值 [O，l)区间浮点数)，以f(x，y)表示校正后图像坐标(x，y)处的像素值，则m(x，y)的像素 值f (x， y) = f (i+u， j+v)可由鱼眼图像上坐标为(i， j) 、 (i+l， j) 、 (i， j+l) 、 (i+l， j+l)所 对应的4个像素的值决定(见图4)，由于图像灰度值在水平跟垂直两个方向都线性分布，可 得到如下逆投影坐标变换公式 f (i+u， j+v) = (l-u) (l-v)f (i， j) + (l-u)vf (i， j+l)+u(l-v)f (i+l， j)+uvf (i+l， j+l) 使用双线性内插值法，即根据上述公式，校正后的图像目标像素点P(X， Y)的像素 值将由对应鱼眼图像上的4个像素点插值获得。
权利要求
一种基于立方体投影对鱼眼图像畸变校正方法，包括如下步骤步骤1用鱼眼镜头得到成像模型，并根据成像模型对鱼眼镜头进行标定得到标定参数；步骤2根据采集到的鱼眼图像，确定视点，并以视点为坐标系原点，建立立方体透视投影模型，得到空间点的立方体透视投影；步骤3建立空间点的立方体透视投影与鱼眼图像之间的映射关系；步骤4使用双线性内插值法，实现对鱼眼图像的畸变校正。
2. 根据权利要求1所述的基于立方体投影对鱼眼图像畸变校正方法，其特征在于，设空间点P(x。， y。， z。)经过立方体投影模型非线性映射为鱼眼图像上的点m(x， y)，该点的浮 点坐标为(i+u， j+v) ， (i G Z+， j G Z+， u G [0， 1) ， v G [0， l))，其中i、 j均为浮点坐标 的整数部分，u、 v为浮点坐标的小数部分，是取值[O，l)区间浮点数，以f(x， y)表示校正 后图像坐标(x， y)处的像素值，则m(x， y)的像素值根据f (i+u， j+v) = (l_u) (l-v)f (i， j) + (l-u)vf (i， j+l)+u(l-v)f (i+l， j)+uvf (i+l， j+l)求得。
全文摘要
本发明属于先进制造技术领域，涉及一种基于立方体投影对鱼眼图像畸变校正方法，包括如下步骤步骤1用鱼眼镜头得到成像模型，并根据成像模型对鱼眼镜头进行标定得到标定参数；步骤2根据采集到的鱼眼图像，确定视点，并以视点为坐标系原点，建立立方体透视投影模型，得到空间点的立方体透视投影；步骤3建立空间点的立方体透视投影与鱼眼图像之间的映射关系；步骤4使用双线性内插值法，实现对鱼眼图像的畸变校正。本发明用基于立方体投影模型来矫正畸变的鱼眼图像，能够有效的克服原始的鱼眼图像存在的几何变形，使得校正后的图像符合人的直观感觉，真实感较强。
文档编号G02B27/00GK101726855SQ20091022858
公开日2010年6月9日 申请日期2009年11月13日 优先权日2009年11月13日
发明者丁承君, 段萍, 王南, 睢佰龙 申请人:河北工业大学