CN109068048B - 超广角畸变图像的修复呈现方法及能够拍摄该图像的手机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种超广角畸变图像的修复呈现方法及能够拍摄该图像的手机，包括：获取超广角畸变图像；构建超广角畸变图像修复模型；在坐标系X‑Y‑Z内选取视平面ABCD作为初始角度的视平面，视平面ABCD与YOZ平面平行且与半球面相切，求取超广角畸变图像在视平面ABCD上的投影图像；转动显示屏进而使视平面ABCD旋转后获得其他角度的视平面，根据视平面ABCD求取超广角畸变图像在其他角度视平面上的投影图像。在手机本体上设置广角镜头，使手机能够拍摄超广角畸变图像，并经过构建超广角畸变图像修复模型，将超广角畸变图像修复为180度视角空间，最终通过显示屏显示，避免了图像内容的浪费，降低图像处理硬件、软件的成本。本发明应用于图像处理领域。
Description
技术领域
本发明涉及图像处理领域，尤其涉及一种超广角畸变图像的修复呈现方法。
背景技术
随着通讯技术的飞跃发展，手机已经成为人们日常生活、工作和娱乐不可缺少的工具。其中拍照功能成为手机最重要的应用领域之一。
然而，受到手机自身结构的限制和成本的影响，大多数普通手机只能进行简单的拍摄。这是由于安装在普通手机上的摄像头，其视场拍摄角度大都在58～65度。这样即便采用拍摄范围最大的65度视场角的摄像头，其拍摄图像的范围仍然达不到普通肉眼的观察范围，无法满足人们对“看得更广、看得更清”的迫切需求。
VR360全景技术成为了其中一个主流解决方法。通过手机转动拍摄多张图像后合成一张全景照片、通过给手机前后增加鱼眼镜头同时拍摄前后图像再进行全景合成等等技术方案被提出。然而谷歌通过研究VR用户的行为习惯，发现75％的用户只会观察VR视频的前面部分，只有少数人会转过头切换视角，这样，360度全景视频会造成视频内容的浪费。另外全景视频对拍摄硬件和剪辑技术要求都很高，为了手机能够拍摄出令人满意的全景视频，需要大大增加其硬件成本和软件的处理能力。
在超广角畸变图像的修复上，目前的方法主要归纳为3D修复与2D修复，其中主要方法包括基于二次曲线透视模型修复方法、基于几何性质的鱼眼图像平面校正方法等，上述的方法都各有优缺点，在计算复杂度和校正效果上，都没有完全实现超广角畸变图像实时高清修复校正的要求。
发明内容
针对现有技术中360度全景图像会造成图像内容的浪费，并且会造成额外的硬件、软件成本，同时现有的超广角畸变图像修复方法无法实现超广角畸变图像实时高清修复校正的要求等技术问题，本发明的目的是提供一种超广角畸变图像的修复呈现方法及能够拍摄该图像的手机，能够先通过手机拍摄出超广角畸变图像，最终通过显示屏旋转的角度不同，进而对显示屏对应区域的超广角畸变图像进行修复呈现，有效的满足了超广角畸变图像修复的实时性要求，同时仅仅对显示屏对应区域的超广角畸变图像进行修复，减少了计算量，有效的保持了修复过程中计算的准确性，从而提升修复性能，达到高清修复校正的要求。
为实现上述发明目的，本发明提供一种超广角畸变图像的修复呈现方法，其采用的技术方案是：
一种超广角畸变图像的修复呈现方法，包括以下步骤：
S1、获取超广角畸变图像，其中，超广角畸变图像中的所有场景的有效信息集中在同一个圆形区域中；
S2、构建超广角畸变图像修复模型，将超广角畸变图像修复为180度视角空间：设立空间坐标系X-Y-Z，超广角畸变图像位于XOY平面内，超广角畸变图像的中心与坐标系原点重合，选用半球形结构对超广角畸变图像进行修复，即球心与超广角畸变图像的圆心重合，球形半径与超广角畸变图像的半径r相等；
S3、在坐标系X-Y-Z内选取视平面ABCD作为初始角度的视平面，视平面ABCD与YOZ平面平行且与半球面相切，求取超广角畸变图像在视平面ABCD上的投影图像，即显示屏上显示的是初始显示图像H(x，y)；
S4、转动显示屏进而使视平面ABCD旋转后获得其他角度的视平面，根据视平面ABCD求取超广角畸变图像在其他角度视平面上的投影图像，其中，旋转视平面ABCD过程为：将视平面ABCD绕Z轴旋转η°后再绕Y轴旋转β°，此时显示屏上显示的是显示屏水平旋转η°、垂直旋转β°后的显示图像H′(x，y)，η°∈[-π，π)，β°∈[-π，0)。
作为上述技术方案的进一步改进，步骤S2中，超广角畸变图像的半径r的求取过程为：
S21、将彩色的超广角畸变图像A(x，y)转换成灰度图像G(x，y)；
S22、对灰度图像G(x，y)进行二值化处理，得到二值化图像GB(x，y)；
S23、求取超广角畸变图像的半径r：
式中，N是二值图GB(x，y)中所有白色像素点的总个数。
作为上述技术方案的进一步改进，步骤S3中，所述初始显示图像H(x，y)的求取过程为：
S31、在视平面ABCD上任取一点S2并将点S2与球心相连，获得连线与半球面的交点S1，其中点S2的的坐标为(x，y，z)；
S32、将点S1垂直投影到XOY平面上，在超广角畸变图像上获得投影点S，其中，投影点S的坐标为(u，v，0)：
S33、将投影点S的像素值赋值到点S2；
S34、重复步骤S31、S32、S33直至遍历视平面ABCD上所有的点，即得到初始显示图像H(x，y)。
作为上述技术方案的进一步改进，步骤S4中，所述显示图像H′(x，y)的求取过程为：
S41、将视平面ABCD绕Z轴旋转η°后再绕Y轴旋转β°，获得视平面A′B′C′D′，视平面ABCD上的点S2旋转后变为视平面A′B′C′D′上的点S2′，将点S2′与球心相连，获得连线与半球面的交点S1′，其中点S2′的的坐标为(x′，y′，z′)：
S42、将点S1′垂直投影到XOY平面上，在超广角畸变图像上获得投影点S′，其中，投影点S′的坐标为(u′，v′，0)：
S43、将投影点S′的像素值赋值到点S2′；
S44、重复步骤S41、S42、S43直至遍历视平面A′B′C′D′上所有的点，即得到显示图像H′(x，y)。
作为上述技术方案的进一步改进，还包括步骤S5、将步骤S4中获取的显示图像H′(x，y)作为左眼视图，根据左眼视图模拟生成与左眼视图对应的右眼视图，将左眼视图与右眼视图以左右排列或上下排列的方式在显示屏上显示出来。
作为上述技术方案的进一步改进，所述根据左眼视图模拟生成与左眼视图对应的右眼视图具体包括：
S51、将左眼视图均匀的分成E×F个图像子块，图像子块的集合记为{Ui,j|i＝1,…,E；j＝1,…,F}；
S52、将每一行的图像子块集合{Ui,j|i＝m；j＝1,…,F}中的图像子块按照缩放系数{Km,j|j＝1,…,F}依次缩放，获得新的图像子块的集合{CUi,j|i＝m；j＝1,…,F}，新的图像子块的集合中的所有图像字块合成后即为右眼视图，其中，m＝1,…,E且
作为上述技术方案的进一步改进，所述缩放系数{Km,j|j＝1,…,F}中的所有取值满足正态分布且从小到大依次排列。
作为上述技术方案的进一步改进，每一行图像子块的缩放系数{Km,j|j＝1,…,F}中的任一取值都小于预设阀值。
为实现上述发明目的，本发明提供一种能够拍摄上述超广角畸变图像的手机，其采用的技术方案是：
一种能够拍摄上述超广角畸变图像的手机，包括手机本体与广角镜头，所述手机本体上设有电性相连的摄像头、主板与显示屏，所述广角镜头可拆卸的装在手机本体上对应摄像头的位置，所述主板上设有存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
本发明的有益技术效果：
本发明通过在手机本体上设置广角镜头，使得手机能够拍摄超广角畸变图像；随后经过构建超广角畸变图像修复模型，将超广角畸变图像修复为180度视角空间，即半全景头像，有效的降低了图像内容的浪费，进而降低图像处理硬件、软件的成本；最终通过旋转显示屏，显示不同角度的修复图像，有效的满足了超广角畸变图像修复的实时性要求，同时仅仅对显示屏对应区域的超广角畸变图像进行修复，减少了计算量，有效的保持了修复过程中计算的准确性，从而提升修复性能，达到高清修复校正的要求。
附图说明
图1是超广角畸变图像的修复呈现方法的流程示意图；
图2是超广角畸变图像修复模型示意图；
图3是视平面ABCD旋转后变为视平面A′B′C′D′的示意图；
图4是能够拍摄超广角畸变图像的手机的结构示意图；
图5是鱼眼镜头的透镜排列示意图。
具体实施方式
为了便于本发明的实施，下面结合具体实例作进一步的说明。
如图1所示的一种超广角畸变图像的修复呈现方法，包括以下步骤：
S1、获取超广角畸变图像，其中，超广角畸变图像中的所有场景的有效信息集中在同一个圆形区域中。
S2、参考图2，构建超广角畸变图像修复模型，将超广角畸变图像修复为180度视角空间，可供用户实现向左、向前、向右等方面的观看，实现虚拟漫游的目的：
设立空间坐标系X-Y-Z，超广角畸变图像位于XOY平面内，超广角畸变图像的中心与坐标系原点重合，选用半球形结构对超广角畸变图像进行修复，即球心与超广角畸变图像的圆心重合，球形半径与超广角畸变图像的半径r相等。
超广角畸变图像的半径r的求取过程为：
S21、将彩色的超广角畸变图像A(x，y)转换成灰度图像G(x，y)；
S22、对灰度图像G(x，y)进行二值化处理，得到二值化图像GB(x，y)；
S23、求取超广角畸变图像的半径r：
式中，N是二值图GB(x，y)中所有白色像素点的总个数。
S3、在坐标系X-Y-Z内选取视平面ABCD作为初始角度的视平面，视平面ABCD为长方形，大小由用户设置确定，本实施例中视平面的长度为M，高度为H，视平面ABCD与YOZ平面平行且与半球面相切，且视平面ABCD的一条边的中点位于X轴上且整个视平面ABCD位于XOY平面的上方，求取超广角畸变图像在视平面ABCD上的投影图像，即显示屏上显示的是初始显示图像H(x，y)，视平面ABCD上的每一个点都对应超广角畸变图像中的一个投影点，因此当获取到视平面的坐标信息后，即能计算出视平面上对应超广角畸变图像上的像素点的坐标，然后再进行赋值处理，就可以得到用户在视平面ABCD上观察到的图像，求取过程具体包括：
S31、在视平面ABCD上任取一点S2并将点S2与球心相连，获得连线与半球面的交点S1，其中点S2的的坐标为(x，y，z)，由于视平面ABCD与YOZ平面平行且与半球面相切且长度为M，高度为H，因此x＝r，
z∈[0,H]；
S32、将点S1垂直投影到XOY平面上，在超广角畸变图像上获得投影点S，其中，投影点S的坐标为(u，v，0)：
S33、将投影点S的像素值赋值到点S2；
S34、重复步骤S31、S32、S33直至遍历视平面ABCD上所有的点，即得到初始显示图像H(x，y)。
S4、参考图3，转动显示屏进而使视平面ABCD旋转后获得其他角度的视平面，根据视平面ABCD求取超广角畸变图像在其他角度视平面上的投影图像，其中，旋转视平面ABCD过程为：将视平面ABCD绕Z轴旋转η°后再绕Y轴旋转β°，η°∈[-π，π)，β°∈[-π，0)，此时显示屏上显示的是显示屏水平旋转η°、垂直旋转β°后的显示图像H′(x，y)，本实施例中显示屏水平旋转也即是左右旋转，垂直旋转也即是上下旋转。
显示图像H′(x，y)的求取过程为：
S41、将视平面ABCD绕Z轴旋转η°后再绕Y轴旋转β°，获得视平面A′B′C′D′，视平面ABCD上的点S2旋转后变为视平面A′B′C′D′上的点S2′，将点S2′与球心相连，获得连线与半球面的交点S1′，其中点S2′的的坐标为(x′，y′，z′)：
S42、将点S1′垂直投影到XOY平面上，在超广角畸变图像上获得投影点S′，其中，投影点S′的坐标为(u′，v′，0)：
S43、将投影点S′的像素值赋值到点S2′；
S44、重复步骤S41、S42、S43直至遍历视平面A′B′C′D′上所有的点，即得到显示图像H′(x，y)，也即是将手机左右旋转旋转η°后再上下旋转β°后显示屏上显示的图像。
作为上述技术方案的进一步改进，还包括步骤S5、将步骤S4中获取的显示图像H′(x，y)作为左眼视图，根据左眼视图模拟生成与左眼视图对应的右眼视图，将左眼视图与右眼视图以左右排列或上下排列的方式在显示屏上显示出来，同时显示左右眼视图两幅图像，达到立体图像的效果。
进一步优选的，根据左眼视图模拟生成与左眼视图对应的右眼视图具体包括：
S51、将左眼视图均匀的分成E×F个图像子块，其中，E表示最大行数，F表示最大列数，图像子块的集合记为{Ui,j|i＝1,…,E；j＝1,…,F}；
S52、将每一行的图像子块集合{Ui,j|i＝m；j＝1,…,F}中的图像子块按照缩放系数{Km,j|j＝1,…,F}依次缩放，即Um,j按照缩放系数Km,j缩放，每一个图像字块都缩放完成后，即获得新的图像子块的集合{CUi,j|i＝m；j＝1,…,F}，新的图像子块的集合中的所有图像字块合成后即为右眼视图，其中，m＝1,…,E且
这里
是为了使右眼视图的面积与左眼视图的面积相等。
进一步优选的，每一行的缩放系数{Km,j|j＝1,…,F}中的所有取值满足正态分布{μ,σ2}，且从小到大依次排列。正态分布{μ,σ2}中：
μ＝1
式中，μ为正态分布的均值，σ为正太分布的方差，i为图像字块的当前行数，E表示图像字块的最大行数，
表示当前行数到中心行的距离。
获取正态分布{μ,σ2}的均值μ与方差σ后即能得到正态分布曲线，从中随即抽取F个数值，按从小打到排列即组成{Km,j|j＝1,…,F}，m＝1,…,E。
进一步优选的，缩放系数{Km,j|j＝1,…,F}中的任一取值都小于预设阀值，防止图像字块的缩放比例过大，本实施例中的预设阀值为15。
本实施例提供一种能够拍摄上述超广角畸变图像的手机，其采用的技术方案是：
如图4所示的一种能够拍摄上述超广角畸变图像的手机，包括手机本体1与广角镜头3，手机本体上设有电性相连的摄像头、主板与显示屏，广角镜头可拆卸的装在手机本体上对应摄像头的位置，主板上设有存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述方法的步骤。
手机本体1上设有可拆卸的底座机构2，底座机构2上设有与摄像头相对的前通孔，广角镜头3可拆卸的插装在前通孔内。底座机构2包括有底板与两块连接板，两块连接板分别连接在底板两端，前通孔设在底板上，两块连接板与底板形成凹形结构，两块连接板的末端设有向内延伸的滑条。手机本体1的两侧的顶部设有竖向的滑槽，底座机构2与手机本体1通过滑调与滑槽可拆卸相连。
进一步优选的，广角镜头3的侧壁与前通孔的孔壁螺纹相连。广角镜头3的侧壁上设有公螺纹，前通孔的孔壁上设有与公螺纹配置的母螺纹，使得广角镜头3能够螺纹连接在前通孔内，保证广角镜头3与底座机构2连接的稳定性。
进一步优选的，广角镜头3的侧壁与前通孔的孔壁卡扣相连。广角镜头3的侧壁上设有环形的卡扣环，前通孔的孔壁上设有与卡扣环配置的卡扣槽，使得广角镜头3能够卡扣连接在前通孔内，使得广角镜头3与底座机构2具有易于拆装的功能。
进一步优选的，广角镜头3的侧壁与前通孔的孔壁磁吸附相连。广角镜头3的侧壁上设有环形的第一磁体，第一磁体的S极朝外，前通孔的孔壁上设有环形的第二磁体，第二磁体的N极朝内，既能保证广角镜头3与底座机构2连接的稳定性，也使得广角镜头3与底座机构2具有易于拆装的功能。
进一步优选的，广角镜头3为鱼眼镜头。鱼眼镜头包括镜筒以及镜筒内沿光轴由物侧至像侧依序配置的至少四个透镜，摄像头位于镜筒的轴线上。
参考图5，本实施例中，鱼眼镜头包括镜筒以及镜筒内沿光轴由物侧至像侧依序配置的第一透镜31、第二透镜32、第三透镜33、第四透镜34和第五透镜35；第一透镜31为具有负光焦度的弯月形透镜，其凹面朝向像侧；第二透镜32为具有正光焦度的双凹形透镜；第三透镜33具有正光焦度的双凸形透镜；第四透镜34为具有负光焦度的双凹形透镜；第三透镜33和第四透镜34胶合在一起；第五透镜35为具有正光焦度的双凸形透镜。
以上包含了本发明优选实施例的说明，这是为了详细说明本发明的技术特征，并不是想要将发明内容限制在实施例所描述的具体形式中，依据本发明内容主旨进行的其他修改和变型也受本专利保护。本发明内容的主旨是由权利要求书所界定，而非由实施例的具体描述所界定。
Claims (6)
1.一种超广角畸变图像的修复呈现方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、获取超广角畸变图像，其中，超广角畸变图像中的所有场景的有效信息集中在同一个圆形区域中；
S2、构建超广角畸变图像修复模型，将超广角畸变图像修复为180度视角空间：设立空间坐标系X-Y-Z，超广角畸变图像位于XOY平面内，超广角畸变图像的中心与坐标系原点重合，选用半球形结构对超广角畸变图像进行修复，即球心与超广角畸变图像的圆心重合，球形半径与超广角畸变图像的半径r相等；
S3、在坐标系X-Y-Z内选取视平面ABCD作为初始角度的视平面，视平面ABCD与YOZ平面平行且与半球面相切，求取超广角畸变图像在视平面ABCD上的投影图像，即显示屏上显示的是初始显示图像H(x，y)；
S4、转动显示屏进而使视平面ABCD旋转后获得其他角度的视平面，根据视平面ABCD求取超广角畸变图像在其他角度视平面上的投影图像，其中，旋转视平面ABCD过程为：将视平面ABCD绕Z轴旋转η°后再绕Y轴旋转β°，此时显示屏上显示的是显示屏水平旋转η°、垂直旋转β°后的显示图像H′(x，y)，η°∈[-π，π)，β°∈[-π，0)；
步骤S2中，超广角畸变图像的半径r的求取过程为：
S21、将彩色的超广角畸变图像A(x，y)转换成灰度图像G(x，y)；
S22、对灰度图像G(x，y)进行二值化处理，得到二值化图像GB(x，y)；
S23、求取超广角畸变图像的半径r：
式中，N是二值图GB(x，y)中所有白色像素点的总个数；
步骤S3中，所述初始显示图像H(x，y)的求取过程为：
S31、在视平面ABCD上任取一点S2并将点S2与球心相连，获得连线与半球面的交点S1，其中点S2的的坐标为(x，y，z)；
S32、将点S1垂直投影到XOY平面上，在超广角畸变图像上获得投影点S，其中，投影点S的坐标为(u，v，0)：
S33、将投影点S的像素值赋值到点S2；
S34、重复步骤S31、S32、S33直至遍历视平面ABCD上所有的点，即得到初始显示图像H(x，y)；
步骤S4中，所述显示图像H′(x，y)的求取过程为：
S41、将视平面ABCD绕Z轴旋转η°后再绕Y轴旋转β°，获得视平面A′B′C′D′，视平面ABCD上的点S2旋转后变为视平面A′B′C′D′上的点S2′，将点S2′与球心相连，获得连线与半球面的交点S1′，其中点S2′的的坐标为(x′，y′，z′)：
S42、将点S1′垂直投影到XOY平面上，在超广角畸变图像上获得投影点S′，其中，投影点S′的坐标为(u′，v′，0)：
S43、将投影点S′的像素值赋值到点S2′；
S44、重复步骤S41、S42、S43直至遍历视平面A′B′C′D′上所有的点，即得到显示图像H′(x，y)。
2.根据权利要求1所述超广角畸变图像的修复呈现方法，其特征在于，还包括步骤S5、将步骤S4中获取的显示图像H′(x，y)作为左眼视图，根据左眼视图模拟生成与左眼视图对应的右眼视图，将左眼视图与右眼视图以左右排列或上下排列的方式在显示屏上显示出来。
3.根据权利要求2所述超广角畸变图像的修复呈现方法，其特征在于，所述根据左眼视图模拟生成与左眼视图对应的右眼视图具体包括：
S51、将左眼视图均匀的分成E×F个图像子块，图像子块的集合记为{Ui,j|i＝1,Λ,E；j＝1,Λ,F}；
S52、将每一行的图像子块集合{Ui,j|i＝m；j＝1,Λ,F}中的图像子块按照缩放系数{Km,j|j＝1,Λ,F}依次缩放，获得新的图像子块的集合{CUi,j|i＝m；j＝1,Λ,F}，新的图像子块的集合中的所有图像字块合成后即为右眼视图，其中，m＝1,Λ,E且
4.根据权利要求3所述超广角畸变图像的修复呈现方法，其特征在于，每一行图像子块的缩放系数{Km,j|j＝1,Λ,F}中的所有取值满足正态分布且从小到大依次排列。
5.根据权利要求3所述超广角畸变图像的修复呈现方法，其特征在于，所述缩放系数{Km,j|j＝1,Λ,F}中的任一取值都小于预设阀值。
6.一种能够拍摄权利要求1至5任一项所述超广角畸变图像的手机，其特征在于，包括手机本体与广角镜头，所述手机本体上设有电性相连的摄像头、主板与显示屏，所述广角镜头可拆卸的装在手机本体上对应摄像头的位置，所述主板上设有存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至5中任一项所述方法的步骤。
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- 2018-10-29 CN CN201811265236.2A patent/CN109068048B/zh active Active
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| "基于特定角度鱼眼图像校正的设计与实现";肖昆鹏;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》;20180415;对比文件正文第4章4.1节 * |
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