CN108961187A - 一种标签弧面图像校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种标签弧面图像校正方法，针对现有技术的不足，利用摄像头拍摄弧面图像，采用全新设计构思，通过给出的算法进行弧面图像校正，得到其对应的精确的平面图像，大大降低了弧面图像扫描工作对设备的依赖性和复杂度；另外，通过该校正方法，也能够反向计算一个平面投影仪如何将平面图像投影到圆柱形的外表面，而保持平面图像显示不变形。

Description

一种标签弧面图像校正方法

技术领域

本发明涉及一种标签弧面图像校正方法，属于图像校正技术领域。

背景技术

目前市场上许多包装是圆柱形的，例如：酒瓶、油壶、饮料瓶等，当标签、薄膜覆盖于这类包装上时，平面图像变成了弧面图像，当需要在不破坏包装的情况下，精确获取弧面图像数据时，就需要特殊的扫描仪器沿弧面平扫，实际应用相当麻烦。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种标签弧面图像校正方法，基于摄像头拍摄弧面图像，通过全新设计的校正方法，能够高效获得其所对应的平面展开图，大大降低了弧面图像扫描工作对设备的依赖性和复杂度。

本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种标签弧面图像校正方法，用于针对贴设于圆柱体侧面上的矩形标签，实现拍摄校正获取，其中，矩形标签上沿圆柱体侧面形成弧线的边所在面与圆柱体中心线相垂直；所述校正方法包括如下步骤：

步骤A.获取包含矩形标签四个顶点的拍摄图像，作为待处理图像，且待处理图像中，彼此相对边以另两边中点连线为轴呈轴对称，然后进入步骤B；

步骤B.针对待处理图像上的四个顶点进行标记，并基于该四个顶点，构建矩形标签贴平面展开空白图，并构建二维坐标系，针对矩形标签贴平面展开空白图，进行网格划分，并获得各网格顶点的坐标、以及网格边所在直线与矩形标签贴平面展开空白图上边交点的坐标，构成各个待获点的坐标，然后进入步骤C；

步骤C.分别针对各个待获点，基于下述模型：

获得矩形标签贴平面展开空白图上各待获点所对应待处理图像上点的坐标，式中，(x,y)表示矩形标签贴平面展开空白图上待获点的坐标，(x',y')表示待处理图像上与待获点(x,y)相对应的点的坐标，r表示圆柱体截面的半径，h表示图像拍摄装置上拍摄端至矩形标签贴设所构弧面表面的距离，a表示矩形标签上沿圆柱体侧面所构弧线的弧长，然后进入步骤D；

步骤D.针对矩形标签贴平面展开空白图上各个待获点与待处理图像上相对应各点的坐标，提取待处理图像上各点的像素值，并分别加载至矩形标签贴平面展开空白图上对应点的位置上，即获得矩形标签的平面展开图，实现矩形标签的拍摄校正获取。

作为本发明的一种优选技术方案：在执行步骤A至步骤D之前，判断矩形标签上沿圆柱体侧面所构弧线的弧度是否大于180度：

是则针对该矩形标签进行分段，使得各分段矩形标签上沿圆柱体侧面形成弧线的边所在面与圆柱体中心线相垂直，以及各分段矩形标签上沿圆柱体侧面所构弧线的弧度不大于180度，然后分别针对各分段矩形标签，执行步骤A至步骤D，获得各分段矩形标签分别所对应的平面展开图，并进行对接，获得矩形标签所对应的平面展开图；

否则针对该矩形标签，直接执行步骤A至步骤D，获得矩形标签所对应的平面展开图。

作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤A包括如下：

针对图像拍摄装置，设置图像拍摄装置上拍摄端位于矩形标签的前方，且位于过矩形标签两组对边中点连线的相交点、并垂直于圆柱体中心线的直线上，以及该拍摄端的光轴沿该直线指向矩形标签；基于上述图像拍摄装置的设置，针对矩形标签进行拍摄，获取包含矩形标签四个顶点的拍摄图像，作为待处理图像。

作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤B中，针对待处理图像，采用手动标记方式，针对四个顶点进行标记，以获得四个顶点的坐标。

作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤B中，针对待处理图像，采用定位点自动获取方式，针对四个顶点进行标记，以获得四个顶点的坐标。

作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤B包括如下：

针对待处理图像，进行图像校正，使得由所拍摄图像四个顶点构成矩形，然后基于该四个顶点，构建矩形标签贴平面展开空白图。

作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤B中，按如下进行操作，针对矩形标签贴平面展开空白图进行网格划分；

分别针对矩形标签贴平面展开空白图上两组对边，针对彼此相对的两边上，分别设置相等数量的等距点，且两边上对应排序的等距点彼此位置相对应，并针对该两边上彼此位置相对应的等距点进行对应连线，如此基于针对矩形标签贴平面展开空白图上两组对边的分别操作，实现针对矩形标签贴平面展开空白图的网格划分。

作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤B中，按图像精度值m，以1英寸长的边上设置m个等距点的规则，针对矩形标签贴平面展开空白图的边进行等距点设置。

作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤B中，按图像精度值m，以1英寸长的边上设置n个等距点，再采用插值法，针对该1英寸长的边上设置m-n个等距点的规则，针对矩形标签贴平面展开空白图的边进行等距点设置；其中，n＜m。

作为本发明的一种优选技术方案：若矩形标签上沿圆柱体侧面所构弧线的弧度大于90度，则图像拍摄装置上拍摄端至矩形标签贴设所构弧面表面的距离h大于圆柱体截面的半径r。

本发明所述一种标签弧面图像校正方法采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本发明所设计标签弧面图像校正方法，利用摄像头拍摄弧面图像，采用全新设计构思，通过给出的算法进行弧面图像校正，得到其对应的精确的平面图像，大大降低了弧面图像扫描工作对设备的依赖性和复杂度；另外，通过该校正方法，也能够反向计算一个平面投影仪如何将平面图像投影到圆柱形的外表面，而保持平面图像显示不变形。

附图说明

图1是矩形标签对应弧形面的贴设示意图；

图2是对应图1中X方向的弧面图像校正示意图；

图3是对应图1中x＝0位置Y方向的弧面图像校正示意图；

图4是对应图1中x≠0位置Y方向的弧面图像校正示意图；

图5是基于组合校正方式应用本发明设计方法的示意图；

图6是应用本发明设计方法弧面图像校正示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1所示，对于矩形标签来说，在x方向上有等距的若干线段，当这个X平面图像贴于弧面包装后，人眼看到的情形即如图1所示的弧面，越是偏离人眼与弧面垂直的地方，线段看上去越密集，这就对图像造成了变形。人眼相当于摄像头，本发明的设计，即是通过摄像头获得的弧面图像，通过所设计的标签弧面图像校正方法，精确恢复为其所对应的矩形标签平面图像。

本发明所设计标签弧面图像校正方法，分X方向和Y方向两个方向，分别计算这两个方向上等距点的投影坐标，并构造成网格，就能够精确还原出弧面图像对应的平面图像。

首先是X方向的校正，如图2所示，A点为摄像头的位置，O点为圆柱圆心的位置，B为AO与弧面的交点，从A点观察弧线PQ，实际得到的图像是弧线PQ所对应的直线，因此C'为弧面上某一点C在平面上的投影，因此只要在x方向上按等距点计算C'的位置，就能够进行弧面图像x方向的校正。假设弧线PQ的长度为a，对应的弧度为θ＝a/r，AB的高度为h，BC的弧线长为x，其对应的弧度为α＝x/r，C'E的长度为x'。由几何关系可以得到：

其中，CD＝r*sinα，AD＝h+r-r*cosα，AE＝h+r-r*cos(θ/2)。

由此可以得到：

因此，X方向弧面图像校正，可以根据弧面等距点x，计算其平面投影的坐标x'，取x'处的图像像素值作为校正后平面图像x处的像素值。

Y方向校正，如图3所示，A点为摄像头的位置，O点为圆柱圆心的位置，B为AO与弧面的交点，从A点观察弧线BC，实际看到的是线段EC'，因此，C'为弧面上x＝0时，某一点C在平面上的投影，因此只要在Y方向上按等距点计算C'的位置，就能够进行弧面图像Y方向的校正。假设线段BC的长度为y，AB的高度为h，C'E的长度为y'。由几何关系可以得到：

其中，AE＝h+r-r*cos(θ/2)，由此可以得到：

进一步的，当x≠0时，可以利用勾股定律计算Y方向的图像投影，如图4所示，C为x＝b，b≠0处弧面某一点，C'为其在平面上的投影，H为y＝0，x＝b处的点，H'为其在平面上的投影，DH与EH'平行，由几何关系可以得到：

其中，(AH)²＝(AD)²+(DH)²，(AH')²＝(AE)²+(EH')²，根据前面在X方向的推导，DH＝r*sinα，EH'＝x'，AD＝h+r-r*cosα，AE＝h+r-r*cos(θ/2)，因此可以得到x≠0时，Y方向的推导公式：

其中，α＝x/r，因此，Y方向弧面图像校正，可以根据弧面等距点y，计算其平面投影的坐标y'，取y'处的图像像素值作为校正后平面图像y处的像素值。

综上所述，获得如下模型：

式中，(x,y)表示矩形标签贴平面展开空白图上待获点的坐标，(x',y')表示待处理图像上与待获点(x,y)相对应的点的坐标。

基于上述分析过程，本发明设计一种标签弧面图像校正方法，用于针对贴设于圆柱体侧面上的矩形标签，实现拍摄校正获取，其中，矩形标签上沿圆柱体侧面形成弧线的边所在面与圆柱体中心线相垂直；实际应用过程当中，所述校正方法具体包括如下步骤：

首先判断矩形标签上沿圆柱体侧面所构弧线的弧度是否大于180度：是则如图5所示，针对该矩形标签进行分段，使得各分段矩形标签上沿圆柱体侧面形成弧线的边所在面与圆柱体中心线相垂直，以及各分段矩形标签上沿圆柱体侧面所构弧线的弧度不大于180度，然后分别针对各分段矩形标签，执行如下步骤A至步骤D，获得各分段矩形标签分别所对应的平面展开图，并进行对接，获得矩形标签所对应的平面展开图；否则针对该矩形标签，直接执行步骤A至步骤D，获得矩形标签所对应的平面展开图。

步骤A.获取包含矩形标签四个顶点的拍摄图像，作为待处理图像，且待处理图像中，彼此相对边以另两边中点连线为轴呈轴对称，然后进入步骤B。

这里，步骤A具体包括，针对图像拍摄装置，设置图像拍摄装置上拍摄端位于矩形标签的前方，且位于过矩形标签两组对边中点连线的相交点、并垂直于圆柱体中心线的直线上，以及该拍摄端的光轴沿该直线指向矩形标签；基于上述图像拍摄装置的设置，针对矩形标签进行拍摄，获取包含矩形标签四个顶点的拍摄图像，作为待处理图像。

步骤B.针对待处理图像上的四个顶点进行标记，并基于该四个顶点，构建矩形标签贴平面展开空白图，并构建二维坐标系，针对矩形标签贴平面展开空白图，进行网格划分，并获得各网格顶点的坐标、以及网格边所在直线与矩形标签贴平面展开空白图上边交点的坐标，构成各个待获点的坐标，然后进入步骤C。

上述步骤B中，针对待处理图像上的四个顶点进行标记的方式，可以采用手动标记方式，针对四个顶点进行标记，以获得四个顶点的坐标；亦可采用定位点自动获取方式，针对四个顶点进行标记，以获得四个顶点的坐标，这里定位点自动获取方式，可以参照专利号：CN201510045275.1，一种产品信息点阵编解码系统应用方法。

并且上述步骤B中，对于矩形标签贴平面展开空白图的构建，参照专利号：CN201410027331.4，一种图像校正方法，完成针对待处理图像的图像校正，使得由所拍摄图像四个顶点构成矩形，然后基于该四个顶点，构建矩形标签贴平面展开空白图。

不仅如此，步骤B中针对矩形标签贴平面展开空白图的网格划分操作，通过如下设计进行实现：

分别针对矩形标签贴平面展开空白图上两组对边，针对彼此相对的两边上，分别设置相等数量的等距点，且两边上对应排序的等距点彼此位置相对应，并针对该两边上彼此位置相对应的等距点进行对应连线，如此基于矩形标签贴平面展开空白图上两组对边的分别操作，实现针对矩形标签贴平面展开空白图的网格划分。

其中，针对矩形标签贴平面展开空白图边上等距点的设置，具体可以应用如下两种方式。

其一，按图像精度值m，以1英寸长的边上设置m个等距点的规则，针对待处理图像的边进行等距点设置，具体如果图像精度是300dpi，则在1英寸的长度里选取300个等距点。

其二，按图像精度值m，以1英寸长的边上设置n个等距点，再采用插值法，针对该1英寸长的边上设置m-n个等距点的规则，针对待处理图像的边进行等距点设置；其中，n＜m；具体如果图像精度是300dpi，则在1英寸的长度里选取100个等距点，其余200个点通过插值计算出来。

步骤C.分别针对各个待获点，基于下述模型：

获得矩形标签贴平面展开空白图上各待获点所对应待处理图像上点的坐标，式中，(x,y)表示矩形标签贴平面展开空白图上待获点的坐标，(x',y')表示待处理图像上与待获点(x,y)相对应的点的坐标，r表示圆柱体截面的半径，h表示图像拍摄装置上拍摄端至矩形标签贴设所构弧面表面的距离，a表示矩形标签上沿圆柱体侧面所构弧线的弧长，然后进入步骤D。

这里，若矩形标签上沿圆柱体侧面所构弧线的弧度大于90度，则图像拍摄装置上拍摄端至矩形标签贴设所构弧面表面的距离h大于圆柱体截面的半径r，且弧度越大，h与r的比值也越大。

步骤D.针对矩形标签贴平面展开空白图上各个待获点与待处理图像上相对应各点的坐标，提取待处理图像上各点的像素值，并分别加载至矩形标签贴平面展开空白图上对应点的位置上，如图6所示，即通过上述本发明设计标签弧面图像校正方法，获得矩形标签的平面展开图，实现矩形标签的拍摄校正获取。

基于本发明所设计标签弧面图像校正方法的思想，还可应用于对投影仪将平面图像投影于圆柱体外表面时图像弧面变形的预先处理

上述技术方案所设计标签弧面图像校正方法，利用摄像头拍摄弧面图像，采用全新设计构思，通过给出的算法进行弧面图像校正，得到其对应的精确的平面图像，大大降低了弧面图像扫描工作对设备的依赖性和复杂度；另外，通过该校正方法，也能够反向计算一个平面投影仪如何将平面图像投影到圆柱形的外表面，而保持平面图像显示不变形。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (10)

1.一种标签弧面图像校正方法，用于针对贴设于圆柱体侧面上的矩形标签，实现拍摄校正获取，其中，矩形标签上沿圆柱体侧面形成弧线的边所在面与圆柱体中心线相垂直；所述校正方法包括如下步骤：

步骤A.获取包含矩形标签四个顶点的拍摄图像，作为待处理图像，且待处理图像中，彼此相对边以另两边中点连线为轴呈轴对称，然后进入步骤B；

步骤B.针对待处理图像上的四个顶点进行标记，并基于该四个顶点，构建矩形标签贴平面展开空白图，并构建二维坐标系，针对矩形标签贴平面展开空白图，进行网格划分，并获得各网格顶点的坐标、以及网格边所在直线与矩形标签贴平面展开空白图上边交点的坐标，构成各个待获点的坐标，然后进入步骤C；

步骤C.分别针对各个待获点，基于下述模型：

获得矩形标签贴平面展开空白图上各待获点所对应待处理图像上点的坐标，式中，(x,y)表示矩形标签贴平面展开空白图上待获点的坐标，(x',y')表示待处理图像上与待获点(x,y)相对应的点的坐标，r表示圆柱体截面的半径，h表示图像拍摄装置上拍摄端至矩形标签贴设所构弧面表面的距离，a表示矩形标签上沿圆柱体侧面所构弧线的弧长，然后进入步骤D；

步骤D.针对矩形标签贴平面展开空白图上各个待获点与待处理图像上相对应各点的坐标，提取待处理图像上各点的像素值，并分别加载至矩形标签贴平面展开空白图上对应点的位置上，即获得矩形标签的平面展开图，实现矩形标签的拍摄校正获取。

2.根据权利要求1所述一种标签弧面图像校正方法，其特征在于：在执行步骤A至步骤D之前，判断矩形标签上沿圆柱体侧面所构弧线的弧度是否大于180度：

是则针对该矩形标签进行分段，使得各分段矩形标签上沿圆柱体侧面形成弧线的边所在面与圆柱体中心线相垂直，以及各分段矩形标签上沿圆柱体侧面所构弧线的弧度不大于180度，然后分别针对各分段矩形标签，执行步骤A至步骤D，获得各分段矩形标签分别所对应的平面展开图，并进行对接，获得矩形标签所对应的平面展开图；

否则针对该矩形标签，直接执行步骤A至步骤D，获得矩形标签所对应的平面展开图。

3.根据权利要求1所述一种标签弧面图像校正方法，其特征在于，所述步骤A包括如下：针对图像拍摄装置，设置图像拍摄装置上拍摄端位于矩形标签的前方，且位于过矩形标签两组对边中点连线的相交点、并垂直于圆柱体中心线的直线上，以及该拍摄端的光轴沿该直线指向矩形标签；基于上述图像拍摄装置的设置，针对矩形标签进行拍摄，获取包含矩形标签四个顶点的拍摄图像，作为待处理图像。

4.根据权利要求1所述一种标签弧面图像校正方法，其特征在于：所述步骤B中，针对待处理图像，采用手动标记方式，针对四个顶点进行标记，以获得四个顶点的坐标。

5.根据权利要求1所述一种标签弧面图像校正方法，其特征在于：所述步骤B中，针对待处理图像，采用定位点自动获取方式，针对四个顶点进行标记，以获得四个顶点的坐标。

6.根据权利要求1所述一种标签弧面图像校正方法，其特征在于，所述步骤B包括如下：针对待处理图像，进行图像校正，使得由所拍摄图像四个顶点构成矩形，然后基于该四个顶点，构建矩形标签贴平面展开空白图。

7.根据权利要求1所述一种标签弧面图像校正方法，其特征在于，所述步骤B中，按如下进行操作，针对矩形标签贴平面展开空白图进行网格划分；

分别针对矩形标签贴平面展开空白图上两组对边，针对彼此相对的两边上，分别设置相等数量的等距点，且两边上对应排序的等距点彼此位置相对应，并针对该两边上彼此位置相对应的等距点进行对应连线，如此基于针对矩形标签贴平面展开空白图上两组对边的分别操作，实现针对矩形标签贴平面展开空白图的网格划分。

8.根据权利要求7所述一种标签弧面图像校正方法，其特征在于：所述步骤B中，按图像精度值m，以1英寸长的边上设置m个等距点的规则，针对矩形标签贴平面展开空白图的边进行等距点设置。

9.根据权利要求7所述一种标签弧面图像校正方法，其特征在于：所述步骤B中，按图像精度值m，以1英寸长的边上设置n个等距点，再采用插值法，针对该1英寸长的边上设置m-n个等距点的规则，针对矩形标签贴平面展开空白图的边进行等距点设置；其中，n＜m。

10.根据权利要求1所述一种标签弧面图像校正方法，其特征在于：若矩形标签上沿圆柱体侧面所构弧线的弧度大于90度，则图像拍摄装置上拍摄端至矩形标签贴设所构弧面表面的距离h大于圆柱体截面的半径r。