CN110097516B - 内孔壁面图像畸变纠正方法、系统及介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种内孔壁面图像畸变纠正方法、系统及介质，包括：图像及参数获取步骤：获取原始畸变图像和内孔拍摄过程的几何参数；转换关系获取步骤：标定摄像机，获取图像像素和真实尺寸的转换关系；畸变图像纠正步骤：根据获得的原始畸变图像、内孔拍摄过程的几何参数及图像像素和真实尺寸的转换关系，获取镜头畸变纠正后的畸变图像。本发明能够自动完成工业内窥镜拍摄的内孔壁面图像畸变的矫正，有助于基于机器视觉的缺陷检测系统的进一步开发。

Description

内孔壁面图像畸变纠正方法、系统及介质

技术领域

本发明涉及机器视觉缺陷检测技术领域，具体地，涉及内孔壁面图像畸变纠正方法、系统及介质。

背景技术

基于工业内窥镜的机器视觉缺陷检测技术是一种自动化检测技术。在实际检测过程中，通过机械装置将内窥镜伸入待检测内孔后，系统能够自动拍摄一系列内孔图像并通过图像处理与识别算法得到内孔表面的缺陷个数和尺寸。这种自动检测技术可以代替传统的肉眼检测手段，有助于提高产品质量检测精度，降低工人的劳动强度，因此得到了广泛的研究和实践。然而，目前的内孔缺陷检测技术大多采用沿内孔轴向的拍摄视角，导致内孔壁面的缺陷形状畸变程度较高，信息损失较多，导致图像纠畸后缺陷的形状和尺寸误差较大。一种解决方案是采用垂直于内孔轴线的侧向拍摄视角，尽管拍摄效率较低，但是信息损失较小，检测精度更高。而侧向拍摄所得图像由于拍摄对象为柱面，也存在一定的形状畸变，会影响到最终的缺陷识别和检测结果。

专利文献CN106709885A(申请号：201611233020.9)公开了一种亚像素级畸变校正方法及装置。该装置与方法采用工控机控制显示器(4)上的显示点从某一已知点开始点亮，并控制相机(1)进行图像提取和处理；采用本发明可以有效的提高畸变标定的精度，达到亚像素级的畸变纠正效果，大幅改善边缘的标定效果，使视觉类产品可以应用到更精确的场合。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种内孔壁面图像畸变纠正方法、系统及介质。

根据本发明提供的一种内孔壁面图像畸变纠正方法，包括：

图像及参数获取步骤：获取原始畸变图像和内孔拍摄过程的几何参数；

转换关系获取步骤：标定摄像机，获取图像像素和真实尺寸的转换关系；

畸变图像纠正步骤：根据获得的原始畸变图像、内孔拍摄过程的几何参数及图像像素和真实尺寸的转换关系，获取镜头畸变纠正后的畸变图像；

第一对应关系建立步骤：根据获得的内孔拍摄过程的几何参数、图像像素和真实尺寸的转换关系及镜头畸变纠正后的畸变图像，构建柱面投影模型，建立内孔壁面上一点摄像机坐标系坐标与镜头畸变纠正后的畸变图像像素点坐标之间的第一对应关系；

第二对应关系建立步骤：沿内孔壁面建立真实图像坐标系，得到真实图像像素点坐标与内孔壁面上一点摄像机坐标系坐标之间的第二对应关系；

真实图像获取步骤：根据畸变图像的像素点坐标，依据已建立的第一对应关系及第二对应关系，矫正图像的几何畸变，得到真实图像。

具体地，所述图像及参数获取步骤：

所述几何参数包括：通过测量得到拍摄距离f和柱面半径r；

所述转换关系获取步骤：

根据针孔成像模型的等比例关系可得拍摄距离f下拍摄的图像每毫米像素数：

其中，

s表示拍摄距离f下拍摄的图像每毫米像素数；

f₀表示标定时的拍摄距离；

s₀表示标定图像每毫米像素数。

具体地，所述第一对应关系建立步骤：

将真实拍摄距离和内孔半径转化为像素距离：

F＝fs,R＝rs

其中，

F表示以畸变纠正前图像上的像素为单位的拍摄距离；

R表示以畸变纠正前图像上的像素为单位的内孔柱面半径；

f表示拍摄距离；

s表示拍摄距离f下拍摄的图像每毫米像素数；

r表示柱面半径；

构建像素柱面投影模型，对畸变图像坐标系X₁O₁Y₁上任一像素点A(X,Y)，该点对应内孔壁面上一点A′在摄像机坐标系OXYZ中坐标为(U,V,W)，设

畸变图像宽和高分别为wid、hei，根据OAA′三点共线，获得如下坐标(U,V,W)的计算公式：

其中，

t表示距离比，即摄像头到壁面上一点的距离和到对应畸变图像像素点距离之比；

由于点A′在柱面上，获得如下方程：

(R-F-W)²+U²＝R²

求解得到距离比

根据获得的距离比t，代入坐标(U,V,W)的计算公式，求解获得坐标(U,V,W)。

具体地，所述第二对应关系建立步骤：

将内孔壁面的展开图作为真实图像，真实图像坐标系为沿内孔壁面建立的曲面坐标系X’OY’；

设真实图像坐标系中内孔壁面上A′坐标为(X′,Y′)，在柱面投影模型的OY轴向视图中，A′与A′在OXZ平面的投影A″重合,O′为轴向视图中柱面图案的顶点在OXZ平面的投影，O′在OXYZ坐标系中的坐标为(U′,V′,W′),M为轴向视图中柱面图案的中心在OXZ平面的投影，则X’为弧

的长度，等于

即：

根据Y’与V的线性关系得到Y′：

Y′＝V-V′

具体地，所述真实图像获取步骤：

创建一张空白图像，对新图像上计算得到的每一像素点(X′,Y′)赋予畸变图像(X,Y)处的像素值，得到真实图像。

根据本发明提供的一种内孔壁面图像畸变纠正系统，包括：

图像及参数获取模块：获取原始畸变图像和内孔拍摄过程的几何参数；

转换关系获取模块：标定摄像机，获取图像像素和真实尺寸的转换关系；

畸变图像纠正模块：根据获得的原始畸变图像、内孔拍摄过程的几何参数及图像像素和真实尺寸的转换关系，获取镜头畸变纠正后的畸变图像；

第一对应关系建立模块：根据获得的内孔拍摄过程的几何参数、图像像素和真实尺寸的转换关系及镜头畸变纠正后的畸变图像，构建柱面投影模型，建立内孔壁面上一点摄像机坐标系坐标与镜头畸变纠正后的畸变图像像素点坐标之间的第一对应关系；

第二对应关系建立模块：沿内孔壁面建立真实图像坐标系，得到真实图像像素点坐标与内孔壁面上一点摄像机坐标系坐标之间的第二对应关系；

真实图像获取模块：根据畸变图像的像素点坐标，依据已建立的第一对应关系及第二对应关系，矫正图像的几何畸变，得到真实图像。

具体地，所述图像及参数获取模块：

所述几何参数包括：通过测量得到拍摄距离f和柱面半径r；

所述转换关系获取模块：

根据针孔成像模型的等比例关系可得拍摄距离f下拍摄的图像每毫米像素数：

其中，

s表示拍摄距离f下拍摄的图像每毫米像素数；

f₀表示标定时的拍摄距离；

s₀表示标定图像每毫米像素数。

具体地，所述第一对应关系建立模块：

将真实拍摄距离和内孔半径转化为像素距离：

F＝fs,R＝rs

其中，

F表示以畸变纠正前图像上的像素为单位的拍摄距离；

R表示以畸变纠正前图像上的像素为单位的内孔柱面半径；

f表示拍摄距离；

s表示拍摄距离f下拍摄的图像每毫米像素数；

r表示柱面半径；

构建像素柱面投影模型，对畸变图像坐标系X₁O₁Y₁上任一像素点A(X,Y)，该点对应内孔壁面上一点A′在摄像机坐标系OXYZ中坐标为(U,V,W)，设

畸变图像宽和高分别为wid、hei，根据OAA′三点共线，获得如下坐标(U,V,W)的计算公式：

其中，

t表示距离比，即摄像头到壁面上一点的距离和到对应畸变图像像素点距离之比；

由于点A′在柱面上，获得如下方程：

(R-F-W)²+U²＝R²

求解得到距离比

根据获得的距离比t，代入坐标(U,V,W)的计算公式，求解获得坐标(U,V,W)。

具体地，所述第二对应关系建立模块：

将内孔壁面的展开图作为真实图像，真实图像坐标系为沿内孔壁面建立的曲面坐标系X’OY’；

设真实图像坐标系中内孔壁面上A′坐标为(X′,Y′)，在柱面投影模型的OY轴向视图中，A′与A′在OXZ平面的投影A″重合,O′为轴向视图中柱面图案的顶点在OXZ平面的投影，O′在OXYZ坐标系中的坐标为(U′,V′,W′),M为轴向视图中柱面图案的中心在OXZ平面的投影，则X’为弧

的长度，等于

即：

根据Y’与V的线性关系得到Y′：

Y′＝V-V′

所述真实图像获取模块：

创建一张空白图像，对新图像上计算得到的每一像素点(X′,Y′)赋予畸变图像(X,Y)处的像素值，得到真实图像。

根据本发明提供的一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现上述中任一项所述的内孔壁面图像畸变纠正方法的步骤。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明能够自动完成工业内窥镜拍摄的内孔壁面图像畸变的矫正，有助于基于机器视觉的缺陷检测系统的进一步开发；

2、本发明能够完成侧向拍摄的内孔壁面图像畸变的矫正，有助于辅助其它基于侧向拍摄原理的内孔壁面图像处理及检测技术的开发。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明提供的优选例的基于工业内窥镜拍摄的内孔壁面图像畸变纠正算法的流程示意图；

图2是本发明提供的优选例的拍摄内孔壁面示意图。

图3是本发明提供的优选例的柱面投影模型示意图。

图4是本发明提供的优选例的柱面投影模型内孔轴向视图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

根据本发明提供的一种内孔壁面图像畸变纠正方法，包括：

图像及参数获取步骤：获取原始畸变图像和内孔拍摄过程的几何参数；

转换关系获取步骤：标定摄像机，获取图像像素和真实尺寸的转换关系；

畸变图像纠正步骤：根据获得的原始畸变图像、内孔拍摄过程的几何参数及图像像素和真实尺寸的转换关系，获取镜头畸变纠正后的畸变图像；

第一对应关系建立步骤：根据获得的内孔拍摄过程的几何参数、图像像素和真实尺寸的转换关系及镜头畸变纠正后的畸变图像，构建柱面投影模型，建立内孔壁面上一点摄像机坐标系坐标与镜头畸变纠正后的畸变图像像素点坐标之间的第一对应关系；

第二对应关系建立步骤：沿内孔壁面建立真实图像坐标系，得到真实图像像素点坐标与内孔壁面上一点摄像机坐标系坐标之间的第二对应关系；

真实图像获取步骤：根据畸变图像的像素点坐标，依据已建立的第一对应关系及第二对应关系，矫正图像的几何畸变，得到真实图像。

具体地，所述图像及参数获取步骤：

所述几何参数包括：通过测量得到拍摄距离f和柱面半径r；

所述转换关系获取步骤：

根据针孔成像模型的等比例关系可得拍摄距离f下拍摄的图像每毫米像素数：

其中，

s表示拍摄距离f下拍摄的图像每毫米像素数；

f₀表示标定时的拍摄距离；

s₀表示标定图像每毫米像素数。

具体地，所述第一对应关系建立步骤：

将真实拍摄距离和内孔半径转化为像素距离：

F＝fs,R＝rs

其中，

F表示以畸变纠正前图像上的像素为单位的拍摄距离；

R表示以畸变纠正前图像上的像素为单位的内孔柱面半径；

f表示拍摄距离；

s表示拍摄距离f下拍摄的图像每毫米像素数；

r表示柱面半径；

构建像素柱面投影模型，对畸变图像坐标系X₁O₁Y₁上任一像素点A(X,Y)，该点对应内孔壁面上一点A′在摄像机坐标系OXYZ中坐标为(U,V,W)，设

畸变图像宽和高分别为wid、hei，根据OAA′三点共线，获得如下坐标(U,V,W)的计算公式：

其中，

t表示距离比，即摄像头到壁面上一点的距离和到对应畸变图像像素点距离之比；

由于点A′在柱面上，获得如下方程：

(R-F-W)²+U²＝R²

求解得到距离比

根据获得的距离比t，代入坐标(U,V,W)的计算公式，求解获得坐标(U,V,W)。

具体地，所述第二对应关系建立步骤：

将内孔壁面的展开图作为真实图像，真实图像坐标系为沿内孔壁面建立的曲面坐标系X’OY’；

设真实图像坐标系中内孔壁面上A′坐标为(X′,Y′)，在柱面投影模型的OY轴向视图中，A′与A′在OXZ平面的投影A″重合,O′为轴向视图中柱面图案的顶点在OXZ平面的投影，O′在OXYZ坐标系中的坐标为(U′,V′,W′),M为轴向视图中柱面图案的中心在OXZ平面的投影，则X’为弧

的长度，等于

即：

根据Y’与V的线性关系得到Y′：

Y′＝V-V′

具体地，所述真实图像获取步骤：

创建一张空白图像，对新图像上计算得到的每一像素点(X′,Y′)赋予畸变图像(X,Y)处的像素值，得到真实图像。

本发明提供的内孔壁面图像畸变纠正系统，可以通过本发明给的内孔壁面图像畸变纠正方法的步骤流程实现。本领域技术人员可以将所述内孔壁面图像畸变纠正方法，理解为所述内孔壁面图像畸变纠正系统的一个优选例。

根据本发明提供的一种内孔壁面图像畸变纠正系统，包括：

图像及参数获取模块：获取原始畸变图像和内孔拍摄过程的几何参数；

转换关系获取模块：标定摄像机，获取图像像素和真实尺寸的转换关系；

畸变图像纠正模块：根据获得的原始畸变图像、内孔拍摄过程的几何参数及图像像素和真实尺寸的转换关系，获取镜头畸变纠正后的畸变图像；

第一对应关系建立模块：根据获得的内孔拍摄过程的几何参数、图像像素和真实尺寸的转换关系及镜头畸变纠正后的畸变图像，构建柱面投影模型，建立内孔壁面上一点摄像机坐标系坐标与镜头畸变纠正后的畸变图像像素点坐标之间的第一对应关系；

第二对应关系建立模块：沿内孔壁面建立真实图像坐标系，得到真实图像像素点坐标与内孔壁面上一点摄像机坐标系坐标之间的第二对应关系；

真实图像获取模块：根据畸变图像的像素点坐标，依据已建立的第一对应关系及第二对应关系，矫正图像的几何畸变，得到真实图像。

具体地，所述图像及参数获取模块：

所述几何参数包括：通过测量得到拍摄距离f和柱面半径r；

所述转换关系获取模块：

根据针孔成像模型的等比例关系可得拍摄距离f下拍摄的图像每毫米像素数：

其中，

s表示拍摄距离f下拍摄的图像每毫米像素数；

f₀表示标定时的拍摄距离；

s₀表示标定图像每毫米像素数。

具体地，所述第一对应关系建立模块：

将真实拍摄距离和内孔半径转化为像素距离：

F＝fs,R＝rs

其中，

F表示以畸变纠正前图像上的像素为单位的拍摄距离；

R表示以畸变纠正前图像上的像素为单位的内孔柱面半径；

f表示拍摄距离；

s表示拍摄距离f下拍摄的图像每毫米像素数；

r表示柱面半径；

构建像素柱面投影模型，对畸变图像坐标系X₁O₁Y₁上任一像素点A(X,Y)，该点对应内孔壁面上一点A′在摄像机坐标系OXYZ中坐标为(U,V,W)，设

畸变图像宽和高分别为wid、hei，根据OAA′三点共线，获得如下坐标(U,V,W)的计算公式：

其中，

t表示距离比，即摄像头到壁面上一点的距离和到对应畸变图像像素点距离之比；

由于点A′在柱面上，获得如下方程：

(R-F-W)²+U²＝R²

求解得到距离比

根据获得的距离比t，代入坐标(U,V,W)的计算公式，求解获得坐标(U,V,W)。

具体地，所述第二对应关系建立模块：

将内孔壁面的展开图作为真实图像，真实图像坐标系为沿内孔壁面建立的曲面坐标系X’OY’；

设真实图像坐标系中内孔壁面上A′坐标为(X′,Y′)，在柱面投影模型的OY轴向视图中，A′与A′在OXZ平面的投影A″重合,O′为轴向视图中柱面图案的顶点在OXZ平面的投影，O′在OXYZ坐标系中的坐标为(U′,V′,W′),M为轴向视图中柱面图案的中心在OXZ平面的投影，则X’为弧

的长度，等于

即：

根据Y’与V的线性关系得到Y′：

Y′＝V-V′

所述真实图像获取模块：

创建一张空白图像，对新图像上计算得到的每一像素点(X′,Y′)赋予畸变图像(X,Y)处的像素值，得到真实图像。

根据本发明提供的一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现上述中任一项所述的内孔壁面图像畸变纠正方法的步骤。

下面通过优选例，对本发明进行更为具体地说明。

优选例1：

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

图1为本发明实施例的基于工业内窥镜拍摄的内孔壁面图像畸变纠正算法的流程示意图，具体步骤包括：

步骤S1，

获取原始畸变图像和内孔拍摄过程的几何参数。

拍摄过程示意图，如图2所示，通过测量得到拍摄距离f和柱面半径r。

步骤S2，

标定摄像机，获取图像像素和真实尺寸的转换关系。

例如标定时拍摄距离为f₀，标定图像每毫米像素数s₀，则根据针孔成像模型的等比例关系可得拍摄距离f下拍摄的图像每毫米像素数

步骤S3，

标定摄像头畸变参数，通过MATLAB工具箱对原始畸变图像进行桶形畸变纠正，获取镜头畸变纠正后的畸变图像。

利用棋盘格图像标定法，根据多项式拟合得到桶形畸变系数，该步骤由MATLAB相机标定工具箱自动完成，再根据桶形畸变系数对原始畸变图像完成镜头畸变纠正。

步骤S4，

根据拍摄过程的几何参数，摄像机标定结果以及镜头畸变纠正后的畸变图像，构建柱面投影模型，建立内孔壁面上一点摄像机坐标系坐标与畸变图像像素点坐标之间的对应关系。

将真实拍摄距离和内孔半径转化为像素距离：

F＝fs,R＝rs

其中，

F表示以畸变纠正后图像上的像素为单位的拍摄距离

f表示拍摄距离；

s表示拍摄距离f下拍摄的图像每毫米像素数；

R表示以畸变纠正后图像上的像素为单位的内孔壁面半径

像素柱面投影模型示意图如图3所示，对畸变图像坐标系X₁O₁Y₁上任一像素点A(X,Y)，该点对应内孔壁面上一点A′在摄像机坐标系OXYZ中坐标为(U,V,W)，设

畸变图像宽高分别为wid、hei，根据OAA′三点共线有：

t表示投影点

由于点A′在柱面上，得到方程：

(R-F-W)²+U²＝R²

联立上述四个方程求解得到参数

进一步带入前三个方程组得到(U,V,W)。

步骤S5，

沿内孔壁面建立真实图像坐标系，得到真实图像像素点坐标与内孔壁面上一点摄像机坐标系坐标之间的对应关系。

将内孔壁面的展开图作为真实图像，真实图像坐标系为沿内孔壁面建立的曲面坐标系X’OY’，内孔轴向视图如图4所示。设真实图像坐标系中内孔壁面上A′坐标为(X′,Y′)，得到X’为弧

的长度，等于

即：

根据Y’与V的线性关系得到Y′：

Y′＝V-V′

其中，

步骤S6，

根据畸变图像的像素点坐标，依据已建立的对应关系，矫正图像的几何畸变，得到真实图像。

创建一张空白图像，对新图像上计算得到的每一像素点(X′,Y′)赋予畸变图像(X,Y)处的像素值，即得到真实图像。

当然，以上所述是本发明的优选实施方式。为方便说明起见，使用了步骤S1、S2等序号，但是应该认识到的是，这些步骤本身还可以包括其他过程，这些步骤之间还可以有其他步骤，这也在本发明的保护范围之内。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也是非本发明的保护范围。

优选例2：

本发明实例所要解决的技术问题在于，提供一种基于工业内窥镜拍摄的内孔壁面图像畸变纠正算法，通过柱面投影模型完成图像畸变的矫正，还原内孔壁面上的缺陷形状。

为解决上述技术问题，本发明实例提供了一种基于工业内窥镜拍摄的内孔壁面图像畸变纠正算法，包括：

获取原始畸变图像和内孔拍摄过程的几何参数；

标定摄像机，获取图像像素和真实尺寸的转换关系；

获取镜头畸变纠正后的畸变图像；

构建柱面投影模型，建立内孔壁面上一点摄像机坐标系坐标与畸变图像像素点坐标之间的对应关系；

沿内孔壁面建立真实图像坐标系，得到真实图像像素点坐标与内孔壁面上一点摄像机坐标系坐标之间的对应关系；

根据畸变图像的像素点坐标，依据已建立的对应关系，矫正图像的几何畸变，得到真实图像。

利用本发明的方法，可以通过已有的几何参数和柱面投影模型完成图像畸变的纠正，还原内孔壁面上的缺陷形状，以便于后续的识别和尺寸计算。

优选例3：

一种基于工业内窥镜拍摄的内孔壁面图像畸变纠正算法，其特征在于，包括：

步骤S1，获取原始畸变图像和内孔拍摄过程的几何参数；

步骤S2，标定摄像机，获取图像像素和真实尺寸的转换关系；

步骤S3，获取镜头畸变纠正后的畸变图像；

步骤S4，构建柱面投影模型，建立内孔壁面上一点摄像机坐标系坐标与畸变图像像素点坐标之间的对应关系；

步骤S5，沿内孔壁面建立真实图像坐标系，得到真实图像像素点坐标与内孔壁面上一点摄像机坐标系坐标之间的对应关系；

步骤S6，根据畸变图像的像素点坐标，依据已建立的对应关系，矫正图像的几何畸变，得到真实图像。

在步骤S1中，获取的拍摄过程中的几何参数由拍摄距离和内孔半径组成。

在步骤S2中，通过已有的标定结果和标定几何参数，通过利用针孔成像模型的等比例关系得到畸变图像中图像像素和真实尺寸的转换关系。

在步骤S4中，用像素尺寸代替真实尺寸建立几何模型。

在步骤S4中，允许摄像机不位于内孔轴线上，但需要保证拍摄方向垂直于内孔中轴线，并且所在直线与内孔中轴线相交。

在步骤S4中，利用针孔成像模型求解内孔壁面上一点摄像机坐标系坐标与畸变图像像素点坐标之间的对应关系。

在步骤S5中，将摄像机坐标系中的内孔壁面展开图像作为真实图像。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种内孔壁面图像畸变纠正方法，其特征在于，包括：

图像及参数获取步骤：获取原始畸变图像和内孔拍摄过程的几何参数；

转换关系获取步骤：标定摄像机，获取图像像素和真实尺寸的转换关系；

畸变图像纠正步骤：根据获得的原始畸变图像、内孔拍摄过程的几何参数及图像像素和真实尺寸的转换关系，获取镜头畸变纠正后的畸变图像；

第一对应关系建立步骤：根据获得的内孔拍摄过程的几何参数、图像像素和真实尺寸的转换关系及镜头畸变纠正后的畸变图像，构建柱面投影模型，建立内孔壁面上一点摄像机坐标系坐标与镜头畸变纠正后的畸变图像像素点坐标之间的第一对应关系；

第二对应关系建立步骤：沿内孔壁面建立真实图像坐标系，得到真实图像像素点坐标与内孔壁面上一点摄像机坐标系坐标之间的第二对应关系；

真实图像获取步骤：根据畸变图像的像素点坐标，依据已建立的第一对应关系及第二对应关系，矫正图像的几何畸变，得到真实图像。

2.根据权利要求1所述的内孔壁面图像畸变纠正方法，其特征在于，所述图像及参数获取步骤：

所述几何参数包括：通过测量得到拍摄距离f和柱面半径r；

所述转换关系获取步骤：

根据针孔成像模型的等比例关系可得拍摄距离f下拍摄的图像每毫米像素数：

其中，

s表示拍摄距离f下拍摄的图像每毫米像素数；

f₀表示标定时的拍摄距离；

s₀表示标定图像每毫米像素数。

3.根据权利要求2所述的内孔壁面图像畸变纠正方法，其特征在于，所述第一对应关系建立步骤：

将真实拍摄距离和内孔半径转化为像素距离：

F＝fs,R＝rs

其中，

F表示以畸变纠正前图像上的像素为单位的拍摄距离；

R表示以畸变纠正前图像上的像素为单位的内孔柱面半径；

f表示拍摄距离；

s表示拍摄距离f下拍摄的图像每毫米像素数；

r表示柱面半径；

构建像素柱面投影模型，对畸变图像坐标系X₁O₁Y₁上任一像素点A(X,Y)，该点对应内孔壁面上一点A′在摄像机坐标系OXYZ中坐标为(U,V,W)，设

畸变图像宽和高分别为wid、hei，根据OAA′三点共线，获得如下坐标(U,V,W)的计算公式：

其中，

t表示距离比，即摄像头到壁面上一点的距离和到对应畸变图像像素点距离之比；

由于点A′在柱面上，获得如下方程：

(R-F-W)²+U²＝R²

求解得到距离比

根据获得的距离比t，代入坐标(U,V,W)的计算公式，求解获得坐标(U,V,W)。

4.根据权利要求3所述的内孔壁面图像畸变纠正方法，其特征在于，所述第二对应关系建立步骤：

将内孔壁面的展开图作为真实图像，真实图像坐标系为沿内孔壁面建立的曲面坐标系X′OY′；

设真实图像坐标系中内孔壁面上A′坐标为(X′,Y′)，在柱面投影模型的OY轴向视图中，A′与A′在OXZ平面的投影A″重合,O′为轴向视图中柱面图案的顶点在OXZ平面的投影，O′在OXYZ坐标系中的坐标为(U′,V′,W′),M为轴向视图中柱面图案的中心在OXZ平面的投影，则X′为弧

的长度，等于

即：

根据Y′与V的线性关系得到Y′：

Y′＝V-V′。

5.根据权利要求4所述的内孔壁面图像畸变纠正方法，其特征在于，所述真实图像获取步骤：

创建一张空白图像，对新图像上计算得到的每一像素点(X′,Y′)赋予畸变图像(X,Y)处的像素值，得到真实图像。

6.一种内孔壁面图像畸变纠正系统，其特征在于，包括：

图像及参数获取模块：获取原始畸变图像和内孔拍摄过程的几何参数；

转换关系获取模块：标定摄像机，获取图像像素和真实尺寸的转换关系；

畸变图像纠正模块：根据获得的原始畸变图像、内孔拍摄过程的几何参数及图像像素和真实尺寸的转换关系，获取镜头畸变纠正后的畸变图像；

第一对应关系建立模块：根据获得的内孔拍摄过程的几何参数、图像像素和真实尺寸的转换关系及镜头畸变纠正后的畸变图像，构建柱面投影模型，建立内孔壁面上一点摄像机坐标系坐标与镜头畸变纠正后的畸变图像像素点坐标之间的第一对应关系；

第二对应关系建立模块：沿内孔壁面建立真实图像坐标系，得到真实图像像素点坐标与内孔壁面上一点摄像机坐标系坐标之间的第二对应关系；

真实图像获取模块：根据畸变图像的像素点坐标，依据已建立的第一对应关系及第二对应关系，矫正图像的几何畸变，得到真实图像。

7.根据权利要求6所述的内孔壁面图像畸变纠正系统，其特征在于，所述图像及参数获取模块：

所述几何参数包括：通过测量得到拍摄距离f和柱面半径r；

所述转换关系获取模块：

根据针孔成像模型的等比例关系可得拍摄距离f下拍摄的图像每毫米像素数：

其中，

s表示拍摄距离f下拍摄的图像每毫米像素数；

f₀表示标定时的拍摄距离；

s₀表示标定图像每毫米像素数。

8.根据权利要求7所述的内孔壁面图像畸变纠正系统，其特征在于，所述第一对应关系建立模块：

将真实拍摄距离和内孔半径转化为像素距离：

F＝fs,R＝rs

其中，

F表示以畸变纠正前图像上的像素为单位的拍摄距离；

R表示以畸变纠正前图像上的像素为单位的内孔柱面半径；

f表示拍摄距离；

s表示拍摄距离f下拍摄的图像每毫米像素数；

r表示柱面半径；

构建像素柱面投影模型，对畸变图像坐标系X₁O₁Y₁上任一像素点A(X,Y)，该点对应内孔壁面上一点A′在摄像机坐标系OXYZ中坐标为(U,V,W)，设

畸变图像宽和高分别为wid、hei，根据OAA′三点共线，获得如下坐标(U,V,W)的计算公式：

其中，

t表示距离比，即摄像头到壁面上一点的距离和到对应畸变图像像素点距离之比；

由于点A′在柱面上，获得如下方程：

(R-F-W)²+U²＝R²

求解得到距离比

根据获得的距离比t，代入坐标(U,V,W)的计算公式，求解获得坐标(U,V,W)。

9.根据权利要求8所述的内孔壁面图像畸变纠正系统，其特征在于，所述第二对应关系建立模块：

将内孔壁面的展开图作为真实图像，真实图像坐标系为沿内孔壁面建立的曲面坐标系X′OY′；

设真实图像坐标系中内孔壁面上A′坐标为(X′,Y′)，在柱面投影模型的OY轴向视图中，A′与A′在OXZ平面的投影A″重合,O′为轴向视图中柱面图案的顶点在OXZ平面的投影，O′在OXYZ坐标系中的坐标为(U′,V′,W′),M为轴向视图中柱面图案的中心在OXZ平面的投影，则X′为弧

的长度，等于

即：

根据Y′与V的线性关系得到Y′：

Y′＝V-V′

所述真实图像获取模块：

创建一张空白图像，对新图像上计算得到的每一像素点(X′,Y′)赋予畸变图像(X,Y)处的像素值，得到真实图像。

10.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至5中任一项所述的内孔壁面图像畸变纠正方法的步骤。

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