一种畸变图像的轮廓校正方法及系统与流程

本发明涉及摄像机定位技术领域，特别是涉及一种畸变图像的轮廓校正方法及系统。

背景技术：

由于摄像机内的光学系统的加工误差和装配误差，摄像机的拍摄图像会存在几何畸变，且视场越大、离视场中心越远，畸变越严重。而在激光加工应用中，一般使用单摄像机在大视场下定位拍摄对象，此时畸变对中心定位的精度影响可以忽略，但会严重影响轮廓定位的精度。为消除畸变，一般使用多摄像机拍摄局部图像后进行图像拼接，或者使用高精度网格校正板对单摄像机校正，但前者要求具有支持互联功能的摄像机和复杂的机械结构，后者需要支持校正功能的摄像机和专用的高精度网格校正板，两者均不方便使用。因此，研究一种对单摄像机在大视场下拍摄的畸变图像进行简便、高精确度的轮廓校正方法具有重要的意义。

技术实现要素：

本发明提供一种畸变图像的轮廓校正方法及系统，用于以简便、快速的过程，实现对单摄像机在大视场下拍摄对象时得到的畸变图像轮廓的精确校正。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种畸变图像的轮廓校正方法，包括：

步骤1、根据已知尺寸的长方形的拍摄对象，获取轮廓为不规则四边形的畸变图像；

步骤2、对所述不规则四边形的四个顶点的横坐标和纵坐标分别设置系数，得到第一次修正四边形；

步骤3、分别对所述第一次修正四边形的四边长度进行修正，使得所述第一次修正四边形转换为平行四边形，得到第二次修正四边形；

步骤4、分别对所述第二次修正四边形的两个对角线长度进行修正，使得所述第二次修正四边形转换为长方形，得到第三次修正四边形，完成对所述畸变图像的轮廓的校正。

本发明的有益效果是：通过对某一已知尺寸的长方形拍摄对象进行单摄相机大视场下拍摄，由于拍摄得到的图像畸变主要存在于轮廓，因此，对轮廓分别在边长、对角线等方面进行连续三次校正，使得校正后图像的形状和尺寸与实际的相同或相近，特别的，当已知尺寸的长方形的拍摄对象平面与摄像机平面平行且两者所在平面的中心点投影重合时，拍摄得到的畸变图像的畸变程度较小，则利用该方法更容易对该畸变图像进行校正。该方法可仅对一个已知尺寸的长方形拍摄对象的畸变进行校正，即可将该校正的参数数据用于所有相同形状和尺寸的拍摄对象的畸变校正，过程简单易行，校正效率高，易于推广，精确度高，适用于激光加工领域，特别是适用于激光加工领域中对工件的批量拍摄以及轮廓校正。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，还包括：

步骤5、存储所述四个顶点的横坐标和纵坐标、所述四边长度和所述两个对角线长度的修正数值，以便直接调用所述修正数值校正与所述畸变图像尺寸相同的畸变图像的轮廓。

本发明进一步的有益效果是：由于在相同拍摄调节下对相同形状和尺寸的工件进行拍摄时，得到的畸变图像是固定相同的，因此只需对一个已知尺寸的拍摄对象的畸变进行校正，即可将该校正的参数数据用于所有和该已知尺寸的拍摄对象具有相同形状和尺寸的拍摄对象的畸变校正，省时省力，提高了校正效率，特别适用于激光加工领域对工件的批量拍摄和校正。

进一步，所述步骤2包括：

步骤2.1、根据所述拍摄对象的实际尺寸和所述摄像机的像素，分别计算所述不规则四边形的上边x1和下边x2的实际长度之和与x1和x2的拍摄长度之和的比值X，以及所述不规则四边形的左边y1和右边y2的实际长度之和与y1和y2的拍摄长度之和的比值Y，其中，x1和x2分别位于横坐标轴的上方和下方，或者，x1和x2均位于横坐标轴的上方或下方且且x1位于x2的上方；y1和y2分别位于纵坐标轴的左侧和右侧，或者，y1和y2均位于纵坐标轴的左侧或右侧且y1位于y2的左侧；

步骤2.2、将X设置为所述不规则四边形的四个顶点的横坐标的系数，将Y设置为所述不规则四边形的四个顶点的纵坐标的系数，得到所述第一次修正四边形。

进一步，所述步骤3包括：

步骤3.1、分别计算所述第一次修正四边形中的x1、x2、y1和y2的长度与对应的实际长度的差值Δx1、Δx2、Δy1和Δy2；

步骤3.2、根据Δx1、Δx2、Δy1和Δy2，分别移动四个顶点至x1、x2、y1和y2的长度与对应的实际长度相等，使得所述第一次修正四边形转换为平行四边形，得到第二次修正四边形。

进一步，所述步骤4包括：

步骤4.1、分别计算所述第二次修正四边形中的第一对角线L1和第二对角线L2的长度与对应的实际长度的差值ΔA1、ΔA2；

步骤4.2、根据ΔA1和ΔA2，分别移动四个顶点至L1和L2的长度与对应的实际长度相等，使得所述第二次修正四边形转换为长方形，得到第三次修正四边形，完成对所述畸变图像的轮廓的校正。

本发明还提供了一种畸变图像的轮廓校正系统，包括：

获取模块，根据已知尺寸的长方形的拍摄对象，获取轮廓为不规则四边形的畸变图像；

第一修正模块，对所述不规则四边形的四个顶点的横坐标和纵坐标分别设置系数，得到第一次修正四边形；

第二修正模块，用于分别对所述第一修正模块得到的所述第一次修正四边形的四边长度进行修正，使得所述第一次修正四边形转换为平行四边形，得到第二次修正四边形；

第三修正模块，用于分别对所述第二修正模块得到的所述第二次修正四边形的两个对角线长度进行修正，使得所述第二次修正四边形转换为长方形，得到第三次修正四边形，完成对所述畸变图像的轮廓的校正。

本发明的有益效果是：通过对某一特定尺寸的长方形拍摄对象进行单摄相机大视场下拍摄，由于拍摄得到的图像畸变主要存在于轮廓，因此，该系统设有第一修正模块、第二修正模块和第三修正模块，可对轮廓分别在边长、对角线等方面进行连续三次校正，使得校正后图像的形状和尺寸与实际的相同或相近，特别的，当已知尺寸的长方形的拍摄对象平面与摄像机平面平行且两者所在平面的中心点投影重合时，拍摄得到的畸变图像的畸变程度较小，则利用该系统更易对该畸变图像进行校正。该系统在校正过程中可仅对一个已知尺寸的长方形拍摄对象的畸变进行校正，即可将该校正的参数数据用于所有相同形状和尺寸的拍摄对象的畸变校正，系统结构简单，校正效率高，易于推广，精确度高，特别适用于激光加工领域对工件的批量拍摄以及轮廓校正。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，还包括：

存储模块，用于存储所述四个顶点的横坐标和纵坐标、所述四边长度和所述两个对角线长度的修正数值，以便直接调用所述修正数值校正与所述畸变图像尺寸相同的畸变图像的轮廓。

本发明进一步的有益效果是：由于在相同拍摄调节下对相同形状和尺寸的工件进行拍摄时，得到的畸变图像是固定相同的，因此只需对一个已知尺寸的拍摄对象的畸变进行校正并通过存储模块存储修正数据，即可将该校正的修正数据用于所有和该已知尺寸的拍摄对象具有相同形状和尺寸的拍摄对象的畸变校正。在畸变图像的轮廓校正系统中设置存储模块，便于校正过程省时省力，提高校正效率，特别适用于激光加工领域对工件的批量拍摄和校正。

进一步，所述第一修正模块具体用于：

根据所述拍摄对象的实际尺寸和所述摄像机的像素，分别计算所述不规则四边形的上边x1和下边x2的实际长度之和与x1和x2的拍摄长度之和的比值X，以及所述不规则四边形的左边y1和右边y2的实际长度之和与y1和y2的拍摄长度之和的比值Y，并将X设置为所述不规则四边形的四个顶点的横坐标的系数，将Y设置为所述不规则四边形的四个顶点的纵坐标的系数，得到所述第一次修正四边形，其中，x1和x2分别位于横坐标轴的上方和下方，或者，x1和x2均位于横坐标轴的上方或下方且且x1位于x2的上方；y1和y2分别位于纵坐标轴的左侧和右侧，或者，y1和y2均位于纵坐标轴的左侧或右侧且y1位于y2的左侧。

进一步，所述第二修正模块具体用于：

分别计算所述第一修正模块得到的所述第一次修正四边形中的x1、x2、y1和y2的长度与对应的实际长度的差值Δx1、Δx2、Δy1和Δy2，并根据Δx1、Δx2、Δy1和Δy2，分别移动四个顶点至x1、x2、y1和y2的长度与对应的实际长度相等，使得所述第一次修正四边形转换为平行四边形，得到第二次修正四边形。

进一步，所述第三修正模块具体用于：

分别计算所述第二修正模块得到的所述第二次修正四边形中的第一对角线L1和第二对角线L2的长度与对应的实际长度的差值ΔA1、ΔA2，并根据ΔA1和ΔA2，分别移动四个顶点至L1和L2的长度与对应的实际长度相等，使得所述第二次修正四边形转换为长方形，得到第三次修正四边形，完成对所述畸变图像的轮廓的校正。

附图说明

图1为本发明实施例所述的一种畸变图像的轮廓校正方法的流程示意图；

图2为本发明另一实施例所述的一种畸变图像的轮廓校正方法的流程示意图；

图3为图1和/或图2中的步骤120～步骤140的流程示意图；

图4为图3中的第一修正四边形的示意图；

图5为图3中的第二修正四边形的示意图；

图6为无畸变图像和畸变图像的轮廓示意图；

图7为本发明另一实施例所述的一种畸变图像的轮廓校正系统的示意性结构图；

图8为本发明另一实施例所述的一种畸变图像的轮廓校正系统的示意性结构图。

附图中，各标号所代表的方向或轮廓列表如下：

1、上边x1的左端点方向，2、上边x1的右端点方向，3、左边y1的上端点方向，4、左边y1的下端点方向，5、下边x2的左端点方向，6、下边x2的右端点方向，7、右边y2的上端点方向，8、右边y2的下端点方向，9、第一端点方向，10、第二端点方向，11、第三端点方向，12、第四端点方向，13、无畸变轮廓，14、桶形畸变轮廓，15、枕形畸变轮廓，16、梯形畸变轮廓。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，一种畸变图像的轮廓校正方法100，包括：

110，根据已知尺寸的长方形的拍摄对象，获取轮廓为不规则四边形的畸变图像。

120，对该不规则四边形的四个顶点的横坐标和纵坐标分别设置系数，得到第一次修正四边形。

130，分别对上述第一次修正四边形的四边长度进行修正，使得该第一次修正四边形转换为平行四边形，得到第二次修正四边形。

140，分别对上述第二次修正四边形的两个对角线长度进行修正，使得该第二次修正四边形转换为长方形，得到第三次修正四边形，完成对畸变图像的轮廓的校正。

可选的，作为本发明的一个实施例，如图2所示，轮廓校正方法100，包括：

110，根据已知尺寸的长方形的拍摄对象，获取轮廓为不规则四边形的畸变图像。

120，对上述不规则四边形的四个顶点的横坐标和纵坐标分别设置系数，得到第一次修正四边形。

130，分别对上述第一次修正四边形的四边长度进行修正，使得该第一次修正四边形转换为平行四边形，得到第二次修正四边形。

140，分别对上述第二次修正四边形的两个对角线长度进行修正，使得该第二次修正四边形转换为长方形，得到第三次修正四边形，完成对畸变图像的轮廓的校正。

150，存储上述四个顶点的横坐标和纵坐标、上述四边长度和上述两个对角线长度的修正数值，以便直接调用该修正数值校正与上述畸变图像尺寸相同的畸变图像的轮廓。

可选地，作为本发明的另一实施例，如图3所示，图1和/或图2中的步骤120～步骤140分别如下。

步骤120具体包括：

121，根据拍摄对象的实际尺寸和摄像机的像素，分别计算上述不规则四边形的上边x1和下边x2的实际长度之和与x1和x2的拍摄长度之和的比值X，以及该不规则四边形的左边y1和右边y2的实际长度之和与y1和y2的拍摄长度之和的比值Y。

其中，x1和x2分别位于横坐标轴的上方和下方，或者，x1和x2均位于横坐标轴的上方或下方且且x1位于x2的上方；y1和y2分别位于纵坐标轴的左侧和右侧，或者，y1和y2均位于纵坐标轴的左侧或右侧且y1位于y2的左侧。

122，将X设置为上述不规则四边形的四个顶点的横坐标的系数，将Y设置为上述不规则四边形的四个顶点的纵坐标的系数，得到第一次修正四边形。

步骤130具体包括：

131，分别计算上述第一次修正四边形中的x1、x2、y1和y2的长度与对应的实际长度的差值Δx1、Δx2、Δy1和Δy2。

132，根据Δx1、Δx2、Δy1和Δy2，分别移动四个顶点至x1、x2、y1和y2的长度与对应的实际长度相等，使得上述第一次修正四边形转换为平行四边形，得到第二次修正四边形。

需要说明的是，步骤131中，分别计算第一次修正四边形的x1的长度与对应的实际长度的差值Δx1、第一次修正四边形的x2的长度与对应的实际长度的差值Δx2、第一次修正四边形的y1的长度与对应的实际长度的差值Δy1以及第一次修正四边形的y2的长度与对应的实际长度的差值Δy2。

步骤132中，如图4所示，第一次修正四边形，图中虚线箭头代表方向，且各方向与对应的边均平行，根据Δx1、Δx2、Δy1和Δy2，分别沿着x1的左端点方向1和右端点方向2以及y1的上端点方向3和下端点方向4，移动x1和y1的交点；分别沿着x1的左端点方向1和右端点方向2以及y2的上端点方向7和下端点方向8，移动x1和y2的交点；分别沿着x2的左端点方向5和右端点方向6以及y1的上端点方向3和下端点方向4，移动x2和y1的交点；分别沿着x2的左端点方向5和右端点方向6以及y2的上端点方向7和下端点方向8，移动x2和y2的交点。

经过上述移动后，使得x1的长度缩减或伸长Δx1，y1的长度缩减或伸长Δy1，x2的长度缩减或伸长Δx2，y2的长度缩减或伸长Δy2，最终得到的x1、x2、y1和y2的长度与对应的实际长度相等，进而得到第二次修正四变形。

另外，需要说明的是，当Δx1数值为正值时，即第一次修正四边形的x1的长度比对应的实际长度长时，在移动时，x1的长度是缩减的，即缩减到与对应的实际长度相等，而当Δx1数值为负值时，即第一次修正四边形的x1的长度比对应的实际长度短时，在移动时，x1的长度是伸长的，即伸长到与对应的实际长度相等。

同样的，当Δx2数值为正值时，即第一次修正四边形的x2的长度比对应的实际长度长时，在移动时，x2的长度是缩减的，即缩减到与对应的实际长度相等，而当Δx2数值为负值时，即第一次修正四边形的x2的长度比对应的实际长度短时，在移动时，x2的长度是伸长的，即伸长到与对应的实际长度相等。

当Δy1数值为正值时，即第一次修正四边形的y1的长度比对应的实际长度长时，在移动时，y1的长度是缩减的，即缩减到与对应的实际长度相等，而当Δy1数值为负值时，即第一次修正四边形的y1的长度比对应的实际长度短时，在移动时，y1的长度是伸长的，即伸长到与对应的实际长度相等。

当Δy2数值为正值时，即第一次修正四边形的y2的长度比对应的实际长度长时，在移动时，y2的长度是缩减的，即缩减到与对应的实际长度相等，而当Δy2数值为负值时，即第一次修正四边形的y2的长度比对应的实际长度短时，在移动时，y2的长度是伸长的，即伸长到与对应的实际长度相等。

步骤140具体包括：

141，分别计算上述第二次修正四边形中的第一对角线L1和第二对角线L2的长度与对应的实际长度的差值ΔA1、ΔA2；

142，根据ΔA1和ΔA2，分别移动四个顶点至L1和L2的长度与对应的实际长度相等，使得该第二次修正四边形转换为长方形，得到第三次修正四边形，完成对上述畸变图像的轮廓的校正。

需要说明的是，步骤141中，分别计算第二次修正四边形中的L1和对应的实际长度的差值ΔA1和第二次修正四边形中的L2和对应的实际长度的差值ΔA2。

步骤142中，如图5所示，第二次修正四边形，图中虚线箭头代表方向，且各方向与对应的对角线均平行，第一对角线L1的两端点分别为x1和y1的交点以及x2和y2的交点，第二对角线L2的两端点分别为x1和y2的交点以及x2和y1的交点，其中，将x1和y1的交点定义为L1的第一端点，x2和y2的交点定义为L1的第二端点，x1和y2的交点定义为L2的第三端点，x2和y1的交点定义为L2的第四端点，根据ΔA1和ΔA2，分别沿着第一端点方向9和第二端点方向10，移动x1和y1的交点以及x2和y2的交点；分别沿着第三端点方向11和第四端点方向12，移动x1和y2的交点以及x2和y1的交点。从图5可看出，L2的长度比L1的长度长，因此，经过上述移动后，使得L1的长度伸长ΔA1，L2的长度缩减ΔA2，最终得到的L1和L2的长度与对应的实际长度相等，进而得到第三次修正四变形。

另外，需要说明的是，当L2的长度比L1的长度短时，经过上述移动后，使得L1的长度缩减ΔA1，L2的长度伸长ΔA2，最终得到的L1和L2的长度与对应的实际长度相等，进而得到第三次修正四变形。

第一对角线L1的两端点也可以分别为x1和y2的交点以及x2和y1的交点，第二对角线L2的两端点分别为x1和y1的交点以及x2和y2的交点，这种情况下，其第三次修正具体方法同上述第一对角线L1的两端点分别为x1和y1的交点以及x2和y2的交点、第二对角线L2的两端点分别为x1和y2的交点以及x2和y1的交点的修正过程，在此不再赘述。当ΔA1数值为正值时，即第二次修正四边形的L1的长度比对应的实际长度长时，在移动时，L1的长度是缩减的，即缩减到与对应的实际长度相等，而当ΔA1数值为负值时，即第二次修正四边形的L1的长度比对应的实际长度短时，在移动时，L1的长度是伸长的，即伸长到与对应的实际长度相等。

由于实际拍摄对象的轮廓为长方形，而第二次修正四边形为平行四边形。因此，当ΔA1数值为正值时，则ΔA2数值为负值，即第二次修正四变形的L2的长度比对应的实际长度短，那么对应的在移动时，L2的长度是缩减的，及缩减到与对应的实际长度相等，当ΔA1数值为负值时，ΔA2数值为正值时，即第二次修正四边形的L2的长度比对应的实际长度长时，对应的，在移动时，L2的长度是缩减的，即缩减到与对应的实际长度相等。

需要说明的是，步骤110中，不规则四边形是单摄像机在大视场下拍摄得到的畸变图像的轮廓，且得到该不规则四边形的拍摄条件是：已知尺寸的长方形的拍摄对象平面与摄像机平面平行，且两者所在平面的中心点投影重合。如图6所示，在该拍摄调节下得到的拍摄图像一般会有畸变图像和无畸变图像两种情况，无畸变图像的无畸变轮廓13为长方形，而畸变图像的轮廓畸变类型一般分为三种，即桶形畸变轮廓14、枕形畸变轮廓15和梯形畸变轮廓16，且桶形畸变轮廓14和枕形畸变轮廓15统称为经向畸变轮廓，且一般情况下径向畸变轮廓和梯形畸变轮廓会同时存在于一个畸变图像中。另外，将上述畸变图像置于坐标系中之后，进行步骤121。

通过对某一已知形状和尺寸的对象以摄像机平面与对象平面平行且中心点投影重合的角度进行单摄相机大视场下拍摄，由于该条件下拍摄的畸变图像其中心点与实际对象是几乎一致的，畸变图像的形状和尺寸相较于实际对象的形状和尺寸，其畸变主要存在与轮廓。因此，将该条件下拍摄的畸变图像置于坐标系中进行多次校正，实现拍摄图像的轮廓与实际对象的轮廓吻合并输出轮廓位置。特别的，当已知尺寸的长方形的拍摄对象平面与摄像机平面平行且两者所在平面的中心点投影重合时，拍摄得到的畸变图像的畸变程度较小，则利用该方法更易对该畸变图像进行校正。

另外，存储多次校正的参数数据。由于在相同拍摄调节下对相同形状和尺寸的工件进行拍摄，得到的畸变图像是固定相同的，因此只要对一个对象的拍摄畸变进行校正，即可将校正参数数据用于所有相同形状和尺寸的对象的畸变图像校正，使普通单摄像机在大视场下可以快速、精确定位对象轮廓，该方法易于推广，特别适用于激光加工领域对工件的拍摄。

上文结合图1至图6，对本发明实施例提供的一种畸变图像的轮廓校正方法进行了详细的描述，下面结合图7至图8对本发明实施例提供的一种畸变图像的轮廓校正系统进行详细的描述。

如图7所示的一种畸变图像的轮廓校正系统200包括：

获取模块，根据已知尺寸的长方形的拍摄对象，获取轮廓为不规则四边形的畸变图像；

第一修正模块，对上述不规则四边形的四个顶点的横坐标和纵坐标分别设置系数，得到第一次修正四边形；

第二修正模块，用于分别对上述第一修正模块得到的上述第一次修正四边形的四边长度进行修正，使得该第一次修正四边形转换为平行四边形，得到第二次修正四边形；

第三修正模块，用于分别对上述第二修正模块得到的上述第二次修正四边形的两个对角线长度进行修正，使得该第二次修正四边形转换为长方形，得到第三次修正四边形，完成对上述畸变图像的轮廓的校正。

可选地，作为本发明的另一实施例，如图8所示，轮廓校正系统200包括：

获取模块，根据已知尺寸的长方形的拍摄对象，获取轮廓为不规则四边形的畸变图像；

第一修正模块，对上述不规则四边形的四个顶点的横坐标和纵坐标分别设置系数，得到第一次修正四边形；

第二修正模块，用于分别对上述第一修正模块得到的上述第一次修正四边形的四边长度进行修正，使得该第一次修正四边形转换为平行四边形，得到第二次修正四边形；

第三修正模块，用于分别对上述第二修正模块得到的上述第二次修正四边形的两个对角线长度进行修正，使得该第二次修正四边形转换为长方形，得到第三次修正四边形，完成对上述畸变图像的轮廓的校正；

存储模块，用于存储上述四个顶点的横坐标和纵坐标、上述四边长度和上述两个对角线长度的修正数值，以便直接调用上述修正数值校正与上述畸变图像尺寸相同的畸变图像的轮廓。

具体的，在上述实施例中，第一修正模块具体用于：根据拍摄对象的实际尺寸和摄像机的像素，分别计算上述不规则四边形的上边x1和下边x2的实际长度之和与x1和x2的拍摄长度之和的比值X，以及该不规则四边形的左边y1和右边y2的实际长度之和与y1和y2的拍摄长度之和的比值Y，并将X设置为上述不规则四边形的四个顶点的横坐标的系数，将Y设置为上述不规则四边形的四个顶点的纵坐标的系数，得到第一次修正四边形。

其中，x1和x2分别位于横坐标轴的上方和下方，或者，x1和x2均位于横坐标轴的上方或下方且且x1位于x2的上方；y1和y2分别位于纵坐标轴的左侧和右侧，或者，y1和y2均位于纵坐标轴的左侧或右侧且y1位于y2的左侧。

第二修正模块具体用于：分别计算上述第一次修正四边形中的x1、x2、y1和y2的长度与对应的实际长度的差值Δx1、Δx2、Δy1和Δy2，并根据Δx1、Δx2、Δy1和Δy2，分别移动四个顶点至x1、x2、y1和y2的长度与对应的实际长度相等，使得上述第一次修正四边形转换为平行四边形，得到第二次修正四边形。

第三修正模块具体用于：分别计算上述第二次修正四边形中的第一对角线L1和第二对角线L2的长度与对应的实际长度的差值ΔA1、ΔA2，并根据ΔA1和ΔA2，分别移动四个顶点至L1和L2的长度与对应的实际长度相等，使得该第二次修正四边形转换为长方形，得到第三次修正四边形，完成对上述畸变图像的轮廓的校正。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。