畸变图像校正方法及装置与流程

本申请涉及图像处理
技术领域：
，尤其涉及一种畸变图像校正方法及装置。
背景技术：
：随着医学外科手术的迅猛发展，集传统镜头技术与现代计算机技术、微电子技术等高新技术于一身的医用数字化手术室已经成为当前应用非常广泛的手术室。医生通过数字化手术室术野相机或者内窥镜镜头观察到人体内脏器官的组织形态，体内病变情况，可方便地进行诊断与远程教学。为了提高诊断准确性，数字化手术室的手术图像对图像还原性要求加高，手术图像不允许存在较为严重的畸变，图像畸变影响术野相机效果甚至影响医生对病变部位的正确判断。同时在数字化手术室实施教学手术的过程中对信号的延时要求较高，手术室端和远程教学(会诊)端要求高同步性。现有技术中对畸变图像校正的方法较多，其存在算法复杂度较高，图像处理时间长的问题，影响数字化手术室信号传输的实时性。技术实现要素：本申请提供一种畸变图像校正方法及装置，可降低算法复杂度和图像处理时间。第一方面，本申请提供一种畸变图像校正方法，包括：根据原畸变图像和校准样板图像确定摄像设备的畸变函数，并根据所述畸变函数对原畸变图像进行几何位置校正，得到第一畸变图像；将所述第一畸变图像由rgb图像格式转变为ycbcr图像格式，确定所述第一畸变图像上的初始像素点在所述ycbcr图像格式下的亮度值和色差值；根据预设规则对所述初始像素点的所述亮度值和所述色差值进行校正以确定校正图像，所述预设规则为：确定与所述初始像素点距离最小的像素点为目标像素点，确定所述目标像素点的亮度值和色差值为所述初始像素点映射到所述校正图像的像素点的亮度值和色差值。可选的，所述确定与所述初始像素点距离最小的像素点为目标像素点，包括：获取将所述初始像素点向上、向下、向左和向右均移一个像素点后的四个待定像素点的坐标(xi，yi)，i＝1,2,3,4；确定出四个所述待定像素点中与所述初始像素点的距离最小的像素点(x，y)为所述目标像素点。可选的，所述根据原畸变图像和校准样板图像确定摄像设备的畸变函数，包括：对原畸变图像进行像素点坐标的几何变换，确定所述摄像设备的光学中心坐标；在原畸变图像上沿第一方向以光学中心为第一基点，依次向远离所述第一基点的方向取n个点，并计算所述n个点到所述光学中心的距离ri(i＝1,2,……n)，所述第一方向为通过光学中心的三条直线的任一方向；在所述校准样板图像上任取一点作为第二基点，沿第二方向选择n个点，并计算所述n个点到所述第二基点的距离ri(i＝1,2,……n)，所述第二方向与所述第一方向相同；使用三次样条插值函数拟合所述ri和ri的函数关系，得到所述摄像设备的畸变函数。可选的，所述将所述第一畸变图像由rgb图像格式转变为ycbcr图像格式，确定所述第一畸变图像上的初始像素点在所述ycbcr图像格式下的亮度值和色差值，包括：根据如下转换公式将所述第一畸变图像由rgb图像格式转换到ycbcr图像格式，得到所述第一畸变图像上的初始像素点在所述ycbcr图像格式下的亮度值y、色差值cb和色差值cr：r＝y+1.402(cr－128)；g＝y－0.344(cb－128)－0.714(cr－128)；b＝y+1.772(cb－128)；其中，r为rgb彩色图像中的r通道值，g为rgb彩色图像中的g通道值，b为rgb彩色图像中的b通道值。第二方面，本申请提供一种畸变图像校正装置，包括：位置校正模块，用于根据原畸变图像和校准样板图像确定摄像设备的畸变函数，并根据所述畸变函数对原畸变图像进行几何位置校正，得到第一畸变图像；空间转换模块，用于将所述第一畸变图像由rgb图像格式转变为ycbcr图像格式，确定所述第一畸变图像上的初始像素点在所述ycbcr图像格式下的亮度值和色差值；亮度和色差校正模块，用于根据预设规则对所述初始像素点的所述亮度值和所述色差值进行校正以确定校正图像，所述预设规则为：确定与所述初始像素点距离最小的像素点为目标像素点，确定所述目标像素点的亮度值和色差值为所述初始像素点映射到所述校正图像的像素点的亮度值和色差值。可选的，所述亮度和色差校正模块用于：获取将所述初始像素点向上、向下、向左和向右均移一个像素点后的四个待定像素点的坐标(xi，yi)，i＝1,2,3,4；确定出四个所述待定像素点中与所述初始像素点的距离最小的像素点(x，y)为所述目标像素点。可选的，所述位置校正模块用于：对原畸变图像进行像素点坐标的几何变换，确定所述摄像设备的光学中心坐标；在原畸变图像上沿第一方向以光学中心为第一基点，依次向远离所述第一基点的方向取n个点，并计算所述n个点到所述光学中心的距离ri(i＝1,2,……n)，所述第一方向为通过光学中心的三条直线的任一方向；在所述校准样板图像上任取一点作为第二基点，沿第二方向选择n个点，并计算所述n个点到所述第二基点的距离ri(i＝1,2,……n)，所述第二方向与所述第一方向相同；使用三次样条插值函数拟合所述ri和ri的函数关系，得到所述摄像设备的畸变函数。可选的，所述空间转换模块用于：根据如下转换公式将所述第一畸变图像由rgb图像格式转换到ycbcr图像格式，得到所述第一畸变图像上的初始像素点在所述ycbcr图像格式下的亮度值y、色差值cb和色差值cr：r＝y+1.402(cr－128)；g＝y－0.344(cb－128)－0.714(cr－128)；b＝y+1.772(cb－128)；其中，r为rgb彩色图像中的r通道值，g为rgb彩色图像中的g通道值，b为rgb彩色图像中的b通道值。第三方面，本申请提供一种畸变图像校正装置，包括：存储器，用于存储程序指令；处理器，用于调用并执行所述存储器中的程序指令，以实现第一方面的畸变图像校正方法。第四方面，本申请提供一种可读存储介质，可读存储介质中存储有计算机程序，当畸变图像校正装置的至少一个处理器执行该计算机程序时，畸变图像校正装置执行第一方面的畸变图像校正方法。第五方面，本申请提供一种程序产品，该程序产品包括计算机程序，该计算机程序存储在可读存储介质中。畸变图像校正装置的至少一个处理器可以从可读存储介质读取该计算机程序，至少一个处理器执行该计算机程序使得畸变图像校正装置实施第一方面的畸变图像校正方法。本申请提供的畸变图像校正方法及装置，通过在对原畸变图像进行几何位置校正后，对进行几何位置校正后的第一畸变图像上的初始像素点的亮度和色差值进行校正以确定校正图像时，通过距离最近的方式，将与初始像素点的距离最小的像素点的亮度值和色差值作为初始像素点映射到校正图像的像素点的亮度值和色差值，由此降低对畸变图像进行校正时所需计算校正的像素点的数量，从而降低了算法复杂度和图像处理时间，保证信号传输的实时性，因此可实时对动态图像进行处理，提高了处理效率。附图说明为了清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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。图1为本申请提供的一种畸变图像校正方法实施例的流程图；图2为畸变图像与校正图像中一像素点的映射关系示意图；图3为本申请提供的一种畸变图像校正方法实施例的流程图；图4为一种采用本申请提供的方法对畸变图像校正前后的示意图；图5为本申请提供的一种畸变图像校正装置实施例的结构示意图；图6为本申请提供的一种畸变图像校正装置实施例的结构示意图。具体实施方式为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。现有技术中的畸变图像校正方法，存在算法复杂度较高，图像处理时间长的问题，影响数字化手术室信号传输的实时性，为解决这一问题，本申请提供一种畸变图像校正方法及装置，可应用于数字化手术室术野相机等摄像设备中，通过在对畸变图像进行几何位置校正后，对进行几何位置校正后的畸变图像上初始像素点的亮度值和色差值进行校正以确定校正图像时，通过距离最近的方式，将与初始像素点的距离最小的像素点的亮度值和色差值作为初始像素点映射到校正图像的像素点的亮度值和色差值，由此降低对畸变图像进行校正时所需计算校正的像素点的数量，从而降低了算法复杂度和图像处理时间，保证数字化手术室信号传输的实时性。下面结合附图详细说明本申请的技术方案。图1为本申请提供的一种畸变图像校正方法实施例的流程图，本实施例的执行主体可以为摄像设备或任一具有本实施例的畸变图像校正功能的软件或硬件，如图1所示，本实施例的方法可以包括：s101、根据原畸变图像和校准样板图像确定摄像设备的畸变函数，并根据畸变函数对原畸变图像进行几何位置校正，得到第一畸变图像。具体地，摄像设备在进行了图像拍摄后，若检测到畸变图像，则要对畸变图像进行校正，首先根据原畸变图像和校准样板图像确定出摄像设备的畸变函数，接着根据畸变函数对原畸变图像进行几何位置校正。本实施例中根据原畸变图像和校准样板图像确定摄像设备的畸变函数，具体可以包括：s1011、对原畸变图像进行像素点坐标的几何变换，确定摄像设备的光学中心坐标。具体地，本实施例中可以用最小二乘法拟合三条直线的方程，并求出这三条直线两两相交的三个交点坐标，用这三个交点组成的三角形的中心作为摄像设备的光学中心。s1012、在原畸变图像上沿第一方向以光学中心为第一基点，依次向远离第一基点的方向取n个点，并计算n个点到光学中心的距离ri(i＝1,2,……n)，第一方向为通过光学中心的三条直线的任一方向。s1013、在校准样板图像上任取一点作为第二基点，沿第二方向选择n个点，并计算n个点到第二基点的距离ri(i＝1,2,……n)，第二方向与第一方向相同。s1014、使用三次样条插值函数拟合ri和ri的函数关系，得到摄像设备的畸变函数。具体地，ri和ri构成校正图像与畸变图像之间的对应关系，使用三次样条插值函数spline拟合ri和ri的函数关系，就可得到摄像设备的畸变函数。t＝spline(r,r)，t为三次样条插值函数的系数矩阵，依据该函数可以完成畸变图像的几何位置校正。s102、将第一畸变图像由rgb图像格式转变为ycbcr图像格式，确定第一畸变图像上的初始像素点在ycbcr图像格式下的亮度值和色差值。具体地，可根据如下转换公式将第一畸变图像由rgb图像格式转换到ycbcr图像格式，得到第一畸变图像上的初始像素点在ycbcr图像格式下的亮度值y、色差值cb和色差值cr：r＝y+1.402(cr－128)；g＝y－0.344(cb－128)－0.714(cr－128)；b＝y+1.772(cb－128)；其中，r为rgb彩色图像中的r通道值，g为rgb彩色图像中的g通道值，b为rgb彩色图像中的b通道值。ycbcr，其中y也称为亮度分量，cb也称为蓝色色度分量，而cr也称为红色色度分量。s103、根据预设规则对初始像素点的亮度值和色差值进行校正以确定校正图像，预设规则为：确定与初始像素点距离最小的像素点为目标像素点，确定目标像素点的亮度值和色差值为初始像素点映射到校正图像的像素点的亮度值和色差值。具体地，对原畸变图像进行几何位置校正得到第一畸变图像后，接着要根据预设规则对第一畸变图像上的初始像素点的亮度值和色差值进行校正，得到校正图像，具体的预设规则为对第一畸变图像上的每一初始像素点，确定与初始像素点距离最小的像素点为目标像素点，确定目标像素点的亮度值和色差值为初始像素点映射到校正图像的像素点的亮度值和色差值。本实施例中，确定与初始像素点距离最小的像素点为目标像素点，可以为：获取将初始像素点向上、向下、向左和向右均移一个像素点后的四个待定像素点的坐标(xi，yi)，i＝1,2,3,4；确定出四个待定像素点中与初始像素点的距离最小的像素点(x，y)为目标像素点。图2为畸变图像与校正图像中一像素点的映射关系示意图，如图2所示，例如校正图像上的像素点(u，v)被映射到畸变图像中的非整数位置的坐标为(x，y)，对于该初始像素点(x，y)，先获取将初始像素点向上、向下、向左和向右均移一个像素点后的四个待定像素点的坐标(xi，yi)，i＝1,2,3,4，计算四个待定像素点(xi，yi)与初始像素点(x，y)之间的距离确定出四个距离中最小的像素点，例如为像素点(x2，y2)，则将像素点(x2，y2)的亮度值和色差值作为初始像素点(x，y)映射到校正图像的像素点(u，v)的亮度值和色差值。相比较现有技术中的高阶差值法，其要计算初始像素点(x，y)周围的四个像素点(xi，yi)i＝1,2,3,4的亮度值和色差值，再根据所计算的四个像素点的亮度值和色差值通过加权平均或高阶法计算出初始像素点(x，y)的亮度值和色差值，本实施例中的最近距离法，只需确定出与初始像素点的距离最小的像素点，将该像素点的亮度值和色差值作为初始像素点映射到校正图像的像素点的亮度值和色差值，明显降低了算法复杂度和图像处理时间，保证信号传输的实时性，因此可实时对动态图像进行处理，提高了处理效率。本实施例提供的畸变图像校正方法，通过在对原畸变图像进行几何位置校正后，对进行几何位置校正后的第一畸变图像上的初始像素点的亮度值和色差值进行校正以确定校正图像时，通过距离最近的方式，将与初始像素点的距离最小的像素点的亮度值和色差值作为初始像素点映射到校正图像的像素点的亮度值和色差值，由此降低对畸变图像进行校正时所需计算校正的像素点的数量，从而降低了算法复杂度和图像处理时间，保证信号传输的实时性，因此可实时对动态图像进行处理，提高了处理效率。下面采用一个具体的实施例，对图1所示方法实施例的技术方案进行详细说明。图3为本申请提供的一种畸变图像校正方法实施例的流程图，如图3所示，本实施例的方法可以包括：s201、对原畸变图像进行像素点坐标的几何变换，确定摄像设备的光学中心坐标。s202、在原畸变图像上沿第一方向以光学中心为第一基点，依次向远离第一基点的方向取n个点，并计算n个点到光学中心的距离ri(i＝1,2,……n)，第一方向为通过光学中心的三条直线的任一方向。s203、在校准样板图像上任取一点作为第二基点，沿第二方向选择n个点，并计算n个点到第二基点的距离ri(i＝1,2,……n)，第二方向与第一方向相同。s204、使用三次样条插值函数拟合ri和ri的函数关系，得到摄像设备的畸变函数。s205、根据畸变函数对原畸变图像进行几何位置校正，得到第一畸变图像。s206、将第一畸变图像由rgb图像格式转变为ycbcr图像格式，确定第一畸变图像上的初始像素点在ycbcr图像格式下的亮度值和色差值。具体地，可根据如下转换公式将第一畸变图像由rgb图像格式转换到ycbcr图像格式，得到第一畸变图像上的初始像素点在ycbcr图像格式下的亮度值y、色差值cb和色差值cr：r＝y+1.402(cr－128)；g＝y－0.344(cb－128)－0.714(cr－128)；b＝y+1.772(cb－128)；其中，r为rgb彩色图像中的r通道值，g为rgb彩色图像中的g通道值，b为rgb彩色图像中的b通道值。s207、根据预设规则对初始像素点的亮度值和色差值进行校正以确定校正图像，预设规则为：确定与初始像素点距离最小的像素点为目标像素点，确定目标像素点的亮度值和色差值为初始像素点映射到校正图像的像素点的亮度值和色差值。其中，确定与初始像素点距离最小的像素点为目标像素点，具体为：获取将初始像素点向上、向下、向左和向右均移一个像素点后的四个待定像素点的坐标(xi，yi)，i＝1,2,3,4；确定出四个待定像素点中与初始像素点的距离最小的像素点(x，y)为目标像素点。本实施例提供的畸变图像校正方法，只需确定出与初始像素点的距离最小的像素点，将该像素点的亮度值和色差值作为初始像素点映射到校正图像的像素点的亮度值和色差值，由此降低对畸变图像进行校正时所需计算校正的像素点的数量，明显降低了算法复杂度和图像处理时间，保证信号传输的实时性，因此可实时对动态图像进行处理，提高了处理效率。图4为一种采用本申请提供的方法对畸变图像校正前后的示意图，表一为畸变图像校正前后的相关参数比较，设实际像高为yz’，理想像高为y’，摄像设备的实际畸变是δyz’，摄像设备的相对畸变q’为：根据表一所示，校正前相对畸变可达19.4％，校正后降到0.7％。在同样的实验数据下，与高阶差值法相比较，使用本申请的方法计算出校正后相对畸变可达到0.7％，使用高阶差值法后计算出的相对畸变可达到6.99％，相差0.01％，对实际图像无影响，但是本申请的方法降低了算法复杂度和图像处理时间。表一理想像高实际像高实际畸变相对畸变畸变图像4693789119.4％校正图像41941630.7％图5为本申请提供的一种畸变图像校正装置实施例的结构示意图，如图5所示，本实施例的装置可以包括：位置校正模块11、空间转换模块12和亮度和色差校正模块13，其中，位置校正模块11用于根据原畸变图像和校准样板图像确定摄像设备的畸变函数，并根据畸变函数对原畸变图像进行几何位置校正，得到第一畸变图像。空间转换模块12用于将第一畸变图像由rgb图像格式转变为ycbcr图像格式，确定第一畸变图像上的初始像素点在ycbcr图像格式下的亮度值和色差值。亮度和色差校正模块13用于根据预设规则对初始像素点的亮度值和色差值进行校正以确定校正图像，预设规则为：确定与初始像素点距离最小的像素点为目标像素点，确定目标像素点的亮度值和色差值为初始像素点映射到校正图像的像素点的亮度值和色差值。可选的，亮度和色差校正模块13用于：获取将初始像素点向上、向下、向左和向右均移一个像素点后的四个待定像素点的坐标(xi，yi)，i＝1,2,3,4；确定出四个待定像素点中与初始像素点的距离最小的像素点(x，y)为目标像素点。可选的，位置校正模块11用于：对原畸变图像进行像素点坐标的几何变换，确定摄像设备的光学中心坐标；在原畸变图像上沿第一方向以光学中心为第一基点，依次向远离第一基点的方向取n个点，并计算n个点到光学中心的距离ri(i＝1,2,……n)，第一方向为通过光学中心的三条直线的任一方向；在校准样板图像上任取一点作为第二基点，沿第二方向选择n个点，并计算n个点到第二基点的距离ri(i＝1,2,……n)，第二方向与第一方向相同；使用三次样条插值函数拟合ri和ri的函数关系，得到摄像设备的畸变函数。可选的，空间转换模块12用于：根据如下转换公式将第一畸变图像由rgb图像格式转换到ycbcr图像格式，得到第一畸变图像上的初始像素点在ycbcr图像格式下的亮度值y、色差值cb和色差值cr：r＝y+1.402(cr－128)；g＝y－0.344(cb－128)－0.714(cr－128)；b＝y+1.772(cb－128)；其中，r为rgb彩色图像中的r通道值，g为rgb彩色图像中的g通道值，b为rgb彩色图像中的b通道值。本实施例的装置，可以用于执行图1或图3所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。本实施例提供的畸变图像校正装置，通过在对原畸变图像进行几何位置校正后，对进行几何位置校正后的第一畸变图像上的初始像素点的亮度和色差值进行校正以确定校正图像时，通过距离最近的方式，将与初始像素点的距离最小的像素点的亮度值和色差值作为初始像素点映射到校正图像的像素点的亮度值和色差值，由此降低对畸变图像进行校正时所需计算校正的像素点的数量，从而降低了算法复杂度和图像处理时间，保证信号传输的实时性，因此可实时对动态图像进行处理，提高了处理效率。图6为本申请提供的一种畸变图像校正装置实施例的结构示意图，如图6所示，本实施例的装置可以包括：存储器201和处理器202，存储器201，用于存储程序指令，该存储器可以是flash(闪存)。处理器202，用于调用并执行存储器中的程序指令，以实现图1或图3所示的畸变图像校正方法中的各个步骤。具体可以参见前面方法实施例中的相关描述。还可以包括输入/输出接口203。输入/输出接口203可以包括独立的输出接口和输入接口，也可以为集成输入和输出的集成接口。其中，输出接口用于输出数据，输入接口用于获取输入的数据，上述输出的数据为上述方法实施例中输出的统称，输入的数据为上述方法实施例中输入的统称。本申请还提供一种可读存储介质，可读存储介质中存储有计算机程序，当畸变图像校正装置的至少一个处理器执行该计算机程序时，畸变图像校正装置执行第一方面的畸变图像校正方法。本申请还提供一种程序产品，该程序产品包括计算机程序，该计算机程序存储在可读存储介质中。畸变图像校正装置的至少一个处理器可以从可读存储介质读取该计算机程序，至少一个处理器执行该计算机程序使得畸变图像校正装置实施第一方面的畸变图像校正方法。本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。当前第1页12