CN103124334A - 一种镜头畸变校正的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种镜头畸变校正的方法。本发明包括步骤：（1）在平面上绘制镜头校正所需的参考圆；（2）用待校正镜头对参考圆进行拍摄，获取拍摄后的畸变图形；（3）获取镜头畸变失真后N个点的圆周半径值r₁，r₂，L，r_n；（4）将畸变失真后N个点的圆周半径值r₁，r₂，L，r_n，通过算术平均处理，得到畸变失真的圆周半径平均值

；能够方便使用大量采样点来计算畸变系数，由于使用大采样点，采样点的算术平均在很大程度上能够代替统计平均，使得畸变系数的计算结果更加精确，镜头畸变校正后的较真效果更好。本发明生成的坐标位置校正表能够大大的减轻校正过程中的计算量，特别对于连续视频的畸变校正，有很高的效率。

Description

一种镜头畸变校正的方法

技术领域

本发明涉及一种镜头畸变校正的方法。 

背景技术

图像质量的处理，是针对图像信号进行各种变换以达到更好画质的各种技术处理。目前针对图像画质的各种处理技术，包括图像降噪、对比度增强、边缘增强等，都能对画质的改善和提高起到作用。 

在图像传感器获取图像信息之前，必须通过镜头进行成像。在物理上，由于镜头是由各种透镜组成的，被摄物体经过透镜成像后变成了弯曲的。反映到图像上，所拍摄到的物体便成了弯曲的，这便是镜头的畸变。由于畸变，图像中看到的物体失去了原来正确的形状。通常我们可以通过两种方式来减小畸变：1、对单一透镜改变镜片的外形，采用最佳的外形可以使畸变减小到最小程度。这要求我们更换镜头，同时也会增加硬件上的成本；2、根据镜头畸变模型进行畸变校正。这种方法不会增加硬件上的成本，但是在图像后端处理会增加计算量。 

在畸变校正模型中，我们一般只考虑对畸变影响最大的线性畸变参数部分。现有的校正方法中，在求取线性畸变参数k的时候一般用逐差法得到若干k的样本值，然后求取其平均值。若要获取较为精确的平均值，必须要求大样本。这就要求多次采用畸变模型进行k的不同样本值的计算，大大增加了计算量。因此，为了减小计算量，而不得不使用较小的样本，获取k的均值。 

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于任意镜头线性畸变校正的方法。 

一种镜头畸变校正的方法，其特征在于，包括步骤： 

（1）在平面上绘制镜头校正所需的参考圆，并确定参考圆的圆心和半径；同时，在参考圆的圆周上描绘N个点，做为校正时的参考点； 

（2）用待校正镜头对参考圆进行拍摄，获取拍摄后的畸变图形； 

（3）获取镜头畸变失真后N个点的圆周半径值r₁,r₂,…,r_n； 

（4）将畸变失真后N个点的圆周半径值r₁,r₂,…，r_n，通过算术平均处理，得到畸变失真的圆周半径平均值

（5）将畸变失真的圆周半径平均值

通过畸变失真变换，得到镜头畸变失真系数k； 

（6）通过畸变失真系数k生成坐标位置校正表； 

（7）将镜头畸变失真后的图像像素点的坐标位置(x，y)，通过坐标位置校正表查表，得到镜头畸变校正后像素点的坐标位置(x′,y′)； 

（8）将镜头畸变失真后的图像像素点，通过重构处理，得到镜头畸变校正后的图像像素点。 

通过一种简单的方法得到线性畸变模型中的畸变系数，从而对失真的图像进行校正，提高图像质量。在获取畸变系数过程中无需进行大量的计算，而仅仅需要进行简单的镜头中心到畸变像素点的半径测量，大大降低了计算量。能够充分利用失真图像的大量像素点来获得线性畸变模型中的畸变系数，使得到的畸变系数更加精确。 

所述畸变失真的圆周半径平均值

所述镜头畸变失真系数k是通过参考圆原始半径R与畸变失真圆周半径平均值

的一种相对比例关系映射产生的，采用公式

计算。 

所述镜头畸变校正后像素点的坐标位置(x′,y′)由公式 x′=x+kx(x²+y²),y′＝y+ky(x²+y²)计算所得。 

本发明的有益效果是：1、计算简单：只需要测量多个半径采样点的在镜头畸变后的长度后做算术平均，然后再做畸变失真变换即可得到畸变系数。在对连续视频图像进行畸变校正时每一帧校正采用同一张坐标位置校正表，每次只需要查表即可校正坐标位置，大大降低了计算量。2、校正结果精确：由于计算方法简单，在获取圆周采样点的时候，能够获取大量的采样点，例如100点甚至更多的点，对大采样点进行算术平均时能够非常接近于统计平均。这样便能够获得更加准确的畸变系数k。 

附图说明

图1是本发明的镜头畸变校正方法所用到参考圆周的示意图。 

图2是参考圆经过待校正镜头拍摄后的畸变圆周的示意图。 

图3是双线性内插的简要介绍示意图 

具体实施方式

本发明的镜头畸变校正方法的一个较佳实施例： 

下面结合附图和具体实施例对本发明的原理进行详细说明。并对各步骤加以详细描述。 

步骤S1：取一张普通的白纸，并且做一参考圆，圆心为O，半径为R。在圆周上选取N个点作为参考点。 

这里参考点个数的选取是任意的，但在具体实施时，可以与半径结合考虑：R为一个较大值，则N选择较多点；R为一个较小值，则N选择较少点。如附图1所示，R=2cm，N=8。 

步骤S2：用待校正的镜头拍摄参考圆，测量待校正镜头拍摄后的参考圆圆周上N个点与圆心的距离，即畸变圆周半径，并记录为r₁,r₂,…,r_n。如附图1、2 所示，选取八个参考点后，获得八个畸变圆周半径。 

这里拍摄时，要求使待校正镜头中心以及相机的焦点对准圆心，并使镜头垂直于圆周所在平面，这样可以最大程度的消除拍摄时镜头位置带来的误差。 

步骤S3：生成畸变圆周半径r₁,r₂,…,r_n的算术平均值

r₁,r₂,…,r_n为参考点畸变失真后的圆周半径值，其算术平均值为参考圆畸变失真圆周半径的平均值，表征了整个参考圆的畸变失真程度。 

步骤S4：通过畸变失真变换获取镜头畸变失真系数k。 

这里的k是通过参考圆原始半径R与畸变失真圆周半径平均值

的一种相对比例关系映射产生的，表征着待校正镜头的畸变失真程度。特别的，畸变失真系数是与待校正镜头一一对应的；即每一个镜头，都有其对应的畸变失真系数。具体如下式所示： 

$k=(R/\stackrel{\‾}{r}-1)/{\stackrel{\‾}{r}}^2$

步骤S5：遍历图像中像素坐标位置，生成位置坐标校正表，生成方法如下： 

将待校正镜头拍摄的图像像素点的坐标位置(x，y)，代入坐标生成式x′=x+kx(x²+y²),y′＝y+ky(x²+y²)中，得到新的坐标位置(x′,y′)，其中k是步骤S4中的镜头畸变失真系数。这里的(x，y)为待校正镜头拍摄的图像像素点的原始坐标位置，即带有该镜头畸变失真的坐标位置。坐标位置(x′,y′)为校正了该镜头畸变后的像素点坐标位置。对于每一个待校正坐标位置，都有唯一的校正后的坐标位置与之对应。 

(x，y)的坐标位置从整个图像左上角开始计数。例如，对于1280x720分辨率的图像，左上角、右上角、左下角、右下角几个位置分别对应为(0,0)，(1279,0)，(0,719)，(1279,719)的整数像素点。每一个坐标位置对应于一个确定的整数像 素点。每一个整数像素点，作为数字图像设备的显示和存储图像的最小单位。 

步骤S6：对当前畸变图像中每一个待校正坐标位置，通过坐标位置校正表查表得到校正后的坐标位置。 

步骤S7：将待校正镜头拍摄的图像像素点进行重构，重构规则为：若像素点的位置坐标(x，y)，有与之相等的(x′,y′)，则像素点使用(x′,y′)的像素值；若像素点的位置坐标(x，y)，无与之相等的(x′,y′)，则使用最靠近的4点(x′,y′)的双线性内插后的像素值。 

本步骤的重构处理，是对像素点的像素值进行调整处理。而前面步骤的计算与处理，目的是对像素点的坐标位置进行调整处理。 

这里的像素值重构处理，是对整幅视频图像进行的；即要遍历图像中的所有像素点，判断坐标位置并视结果情况进行内插。 

双线性内插方法如图3中所示：例如(x′,y′)，(x′+1,y′)，(x′,y′+1)，(x′+1,y′+1)，对应的像素点的值分别为m1，m2，m3，m4。像素点(x′,y′)到像素点(x，y)的水平和垂直距离分别为q和p。则由双线性内插，像素点(x，y)的像素值n为： 

n=(1-q)×(1-p)×m1+q×(1-p)×m2+p×(1-q)×m3+p×q×m4 

上述的实施例中所给出的系数和参数，是提供给本领域的技术人员来实现或使用本发明的，本发明并不限定仅取前述公开的数值，在不脱离本发明的发明思想的情况下，本领域的技术人员可以对上述实施例作出种种修改或调整，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。 

Claims (4)

1.一种镜头畸变校正的方法，其特征在于，包括步骤：

（1）在平面上绘制镜头校正所需的参考圆，并确定参考圆的圆心和半径；同时，在参考圆的圆周上描绘N个点，做为校正时的参考点；

（2）用待校正镜头对参考圆进行拍摄，获取拍摄后的畸变图形；

（3）获取镜头畸变失真后N个点的圆周半径值r₁,r₂,L,r_n；

（4）将畸变失真后N个点的圆周半径值r₁,r₂,L，r_n，通过算术平均处理，得到畸变失真的圆周半径平均值

；

（5）将畸变失真的圆周半径平均值

，通过畸变失真变换，得到镜头畸变失真系数k；

（6）通过畸变失真系数k生成坐标位置校正表；

（7）将镜头畸变失真后的图像像素点的坐标位置(x,y)，通过坐标位置校正表查表，得到镜头畸变校正后像素点的坐标位置(x',y')；

（8）将镜头畸变失真后的图像像素点，通过重构处理，得到镜头畸变校正后的图像像素点。

2.根据权利要求1所述的一种镜头畸变校正的方法，其特征在于，所述畸变失真的圆周半径平均值

3.根据权利要求2所述的一种镜头畸变校正的方法，其特征在于，所述镜头畸变失真系数k是通过参考圆原始半径R与畸变失真圆周半径平均值的一种相对比例关系映射产生的，采用公式

计算。

4.根据权利要求3所述的一种镜头畸变校正的方法，其特征在于，所述镜头畸变校正后像素点的坐标位置(x',y')由公式x'=x+kx(x²+y²),y'＝y+ky(x²+y²)计算所得。

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