CN110796604A - 一种图像校正方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种图像校正方法及装置。其中，方法包括：通过安装于目标物内的对地摄像头，获取所述目标物在对地方向上的图像，并通过与所述对地摄像头连接的陀螺仪，获取所述对地摄像头的角度变化值；根据所述角度变化值和所述对地摄像头的内参矩阵，对所述图像进行倾斜校正。本发明实施例提供的方法及装置，通过陀螺仪实时获取对地摄像头各方向旋转角度，结合对地摄像头内参矩阵对因车辆加减速、颠簸等情况造成的倾斜图像进行校正，从而提高位置推定精度。
Description
技术领域
本发明涉及高精度定位技术领域，尤其涉及一种图像校正方法及装置。
背景技术
高精度定位是实现无人驾驶的基础技术之一。目前，以车辆为对象的定位使用最多的是全球导航卫星系统((Global Navigation Satellite System，GNSS)，但由于楼房、树木、隧道等因素，会导致信号干扰，严重影响定位精度。视觉定位因成本低、不受信号遮挡干扰而被作为GNSS的补充技术广泛应用。
相比于前视摄像头的视觉定位方案，对地摄像头视野范围更小，不受周围车辆、行人、光线等环境干扰，具有更好的环境适应性。对地摄像头一般采用视觉里程计(VisualOdometry)的方式进行自身的位置推定，基本方法为：通过计算前后两帧图像的缩放量和旋转移动像素，就可以估计自车移动的方向和距离，从而完成位置推定。
由于车辆的加减速、颠簸等问题，会使得对地摄像头偏离垂直方向，导致离对地摄像头近的地方被放大，远的地方被缩小，输出图像出现不确定的倾斜。倾斜的图像在计算前后两帧图像的缩放量和旋转移动像素，会导致结果出现偏差，从而影响位置推算精度。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供一种图像校正方法及装置。
第一方面，本发明实施例提供一种图像校正方法，包括：
通过安装于目标物内的对地摄像头，获取所述目标物在对地方向上的图像，并通过与所述对地摄像头连接的陀螺仪，获取所述对地摄像头的角度变化值；
根据所述角度变化值和所述对地摄像头的内参矩阵，对所述图像进行倾斜校正。
进一步地，通过安装于目标物内的对地摄像头，获取所述目标物在对地方向上的图像，并通过与所述对地摄像头连接的陀螺仪，获取所述对地摄像头的角度变化值，包括：
通过外部触发方式同步所述对地摄像头和所述陀螺仪，以同步获取所述对地摄像头输出的图像和所述陀螺仪输出的角度变化值。
进一步地，根据所述角度变化值和所述对地摄像头的内参矩阵，对所述图像进行倾斜校正，之前还包括：
对所述对地摄像头进行标定，得到所述对地摄像头的内参矩阵和畸变参数；
通过所述内参矩阵和所述畸变参数对所述图像进行畸变校正；
相应地，根据所述角度变化值和所述对地摄像头的内参矩阵，对所述图像进行倾斜校正，具体为：
根据所述角度变化值和所述对地摄像头的内参矩阵，对进行畸变校正后的图像进行倾斜校正。
进一步地，所述角度包括俯仰角和横滚角；相应地，
根据所述角度变化值和所述对地摄像头的内参矩阵，对所述图像进行倾斜校正，之前还包括：
判断得到所述俯仰角的变化值大于俯仰角变化阈值和/或所述横滚角的变化值大于横滚角变化阈值。
进一步地，根据所述角度变化值和所述对地摄像头的内参矩阵，对所述图像进行倾斜校正，包括：
根据所述角度变化值和所述对地摄像头的内参矩阵，获取旋转矩阵；
通过所述旋转矩阵，对所述图像进行逆透视变换，以完成对所述图像的倾斜校正。
第二方面，本发明实施例提供一种图像校正装置，包括：
对地摄像头、陀螺仪和处理器；其中，
所述对地摄像头安装于目标物内，所述陀螺仪与所述对地摄像头连接，所述处理器分别与所述对地摄像头和所述陀螺仪电连接；
所述对地摄像头，用于获取所述目标物在对地方向上的图像；
所述陀螺仪，用于获取所述对地摄像头的角度变化值；
所述处理器，用于根据所述角度变化值和所述对地摄像头的内参矩阵，对所述图像进行倾斜校正。
进一步地，所述陀螺仪为MEMS陀螺仪。
进一步地，所述陀螺仪与所述对地摄像头平行安装，且位于同一水平位置。
第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面所提供的方法的步骤。
第四方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所提供的方法的步骤。
本发明实施例提供的一种图像校正方法及装置，通过陀螺仪实时获取对地摄像头各方向旋转角度，结合对地摄像头内参矩阵对因车辆加减速、颠簸等情况造成的倾斜图像进行校正，从而提高位置推定精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种图像校正方法流程图；
图2为本发明实施例提供的一种对地摄像头和陀螺仪的位置坐标示意图；
图3为本发明实施例提供的一种电子设备的实体结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例提供的一种图像校正方法流程图，如图1所述，该方法包括：
步骤101，通过安装于目标物内的对地摄像头，获取所述目标物在对地方向上的图像，并通过与所述对地摄像头连接的陀螺仪，获取所述对地摄像头的角度变化值；
步骤102，根据所述角度变化值和所述对地摄像头的内参矩阵，对所述图像进行倾斜校正。
需要说明的是，本发明实施例中的目标物优选为在道路中行驶的车辆，本发明实施例提供的方法用于对安装于车辆中的对地摄像头拍摄到的图像进行倾斜校正，进而根据倾斜校正后的图像进行车辆位置推定，从而提高位置推定精度。
该方法主要基于对地摄像头、陀螺仪和处理器这三个硬件设备实现。首先对对地摄像头和陀螺仪进行说明，图2为本发明实施例提供的一种对地摄像头和陀螺仪的位置坐标示意图，如图2所示，坐标系采用左手系，车辆行驶方向为y轴负方向，垂直向上为Z轴正方向。地面坐标和图像坐标保持一致。对地摄像头和陀螺仪紧密连接，连接方式可以为焊接，本发明实施例对此不作具体限定。对地摄像头和陀螺仪两者处于同一水平位置，当对地摄像头发生角度变化时，陀螺仪可以实时测得其角度变化值。
在使用时，将对地摄像头和陀螺仪固定于车前位置，并将两者与处理器电连接，需要说明的是，处理器可以为具有计算功能的任意设备，且通常位于车内。
处理器能够根据陀螺仪输出的角度变化值，结合对地摄像头的内参矩阵，对对地摄像头拍摄得到的图像进行倾斜校正。
本发明实施例提供的方法，通过陀螺仪实时获取对地摄像头各方向旋转角度，结合对地摄像头内参矩阵对因车辆加减速、颠簸等情况造成的倾斜图像进行校正，从而提高位置推定精度。
基于上述任一实施例，通过安装于目标物内的对地摄像头，获取所述目标物在对地方向上的图像，并通过与所述对地摄像头连接的陀螺仪，获取所述对地摄像头的角度变化值，包括：
通过外部触发方式同步所述对地摄像头和所述陀螺仪，以同步获取所述对地摄像头输出的图像和所述陀螺仪输出的角度变化值。
本发明实施例提供的方法，通过外部触发方式同步获取图像和角度变化值，进一步保证了位置推定精度。
基于上述任一实施例，根据所述角度变化值和所述对地摄像头的内参矩阵，对所述图像进行倾斜校正，之前还包括：
对所述对地摄像头进行标定，得到所述对地摄像头的内参矩阵和畸变参数；
通过所述内参矩阵和所述畸变参数对所述图像进行畸变校正；
相应地，根据所述角度变化值和所述对地摄像头的内参矩阵，对所述图像进行倾斜校正，具体为：
根据所述角度变化值和所述对地摄像头的内参矩阵，对进行畸变校正后的图像进行倾斜校正。
具体地，在对图像进行倾斜校正之前，首先需要对图像进行畸变校正。
过程如下：
首先，对对地摄像头进行标定，得到对地摄像头的内参矩阵M和畸变参数P；其中，
P＝(k1 k2 p1 p2 k3)
然后，通过内参矩阵M和畸变参数P对图像进行畸变校正，得到畸变校正后的图像。
可以理解的是，对图像进行倾斜校正指的是对畸变校正后的图像进行倾斜校正。
基于上述任一实施例，所述角度包括俯仰角和横滚角；相应地，
根据所述角度变化值和所述对地摄像头的内参矩阵，对所述图像进行倾斜校正，之前还包括：
判断得到所述俯仰角的变化值大于俯仰角变化阈值和/或所述横滚角的变化值大于横滚角变化阈值。
具体地，陀螺仪获取到的对地摄像头的角度具体包括获取俯仰角的变化值θ和横滚角的变化值φ，由于沿Z轴旋转不影响对地摄像头角度，故而舍弃偏航角的变化值ψ，所有旋转角度规定对着旋转轴方向看，以顺时针为正角度。
对俯仰角的变化值θ和横滚角的变化值φ大小进行判断，若俯仰角的变化值θ小于或等于俯仰角变化阈值，且横滚角的变化值φ小于或等于横滚角变化阈值，则认为是噪声，极小的倾斜不影响位置推定计算，不对图像进行倾斜校正，否则，对图像进行倾斜校正。
需要说明的是，俯仰角变化阈值和横滚角变化阈值根据实际情况进行具体设定，本发明实施例对此不作限定。
基于上述任一实施例，根据所述角度变化值和所述对地摄像头的内参矩阵，对所述图像进行倾斜校正，包括：
根据所述角度变化值和所述对地摄像头的内参矩阵，获取旋转矩阵；
通过所述旋转矩阵，对所述图像进行逆透视变换，以完成对所述图像的倾斜校正。
具体地，分别计算俯仰角的变化值θ和横滚角的变化值φ对应的旋转矩阵Rθ和Rφ，公式如下：
则总的旋转矩阵为：R＝Rθ·Rφ。
结合对地摄像头的内参矩阵和总的旋转矩阵，对图像进行倾斜矫正。由于陀螺仪测得的角度为世界坐标系下的旋转。故而，需要将对地摄像头下的坐标转换为世界坐标系中。其基本原理为：
平面在对地摄像头下的成像可由以下公式表示：
q＝M·Q
q为对地摄像头下的坐标，由(x,y,1)表示，Q为世界坐标系下的坐标，由(X,Y,1)表示，M为对地摄像头内参矩阵。则转到世界坐标系下为：
Q＝M-1·q
陀螺仪测得的角度为正向结果，将其反向旋转就得到了旋转前的世界坐标。
Q'＝R-1·M-1·q
将旋转前的世界坐标经内参矩阵运算，就可以得到矫正后的图像点：
q'＝M·R-1·M-1q
其操作正好对应逆透视变换，也就是取参数Rfinal＝M·R-1·M-1，对图像进行逆透视变换，即可完成图像的倾斜矫正。
基于上述任一实施例，本发明实施例提供一种开关控制装置，该装置包括：
对地摄像头、陀螺仪和处理器；其中，
所述对地摄像头安装于目标物内，所述陀螺仪与所述对地摄像头连接，所述处理器分别与所述对地摄像头和所述陀螺仪电连接；
所述对地摄像头，用于获取所述目标物在对地方向上的图像；
所述陀螺仪，用于获取所述对地摄像头的角度变化值；
所述处理器，用于根据所述角度变化值和所述对地摄像头的内参矩阵，对所述图像进行倾斜校正。
具体地，本发明实施例提供的装置具体用于执行上述方法实施例，本发明实施例对此不再进行赘述。本发明实施例提供的装置，通过陀螺仪实时获取对地摄像头各方向旋转角度，结合对地摄像头内参矩阵对因车辆加减速、颠簸等情况造成的倾斜图像进行校正，从而提高位置推定精度。
基于上述任一实施例，所述陀螺仪为MEMS陀螺仪。
本发明实施例提供的装置，由于MEMS陀螺仪成本低、体积小，因此该装置可广泛推广应用。
基于上述任一实施例，所述陀螺仪与所述对地摄像头平行安装，且位于同一水平位置。
图3为本发明实施例提供的一种电子设备的实体结构示意图，如图3所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)301、通信接口(Communications Interface)302、存储器(memory)303和通信总线304，其中，处理器301，通信接口302，存储器303通过通信总线304完成相互间的通信。处理器301可以调用存储在存储器303上并可在处理器301上运行的计算机程序，以执行上述各实施例提供的方法，例如包括：通过安装于目标物内的对地摄像头，获取所述目标物在对地方向上的图像，并通过与所述对地摄像头连接的陀螺仪，获取所述对地摄像头的角度变化值；根据所述角度变化值和所述对地摄像头的内参矩阵，对所述图像进行倾斜校正。
此外，上述的存储器303中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的传输方法，例如包括：通过安装于目标物内的对地摄像头，获取所述目标物在对地方向上的图像，并通过与所述对地摄像头连接的陀螺仪，获取所述对地摄像头的角度变化值；根据所述角度变化值和所述对地摄像头的内参矩阵，对所述图像进行倾斜校正。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种图像校正方法，其特征在于，包括：
通过安装于目标物内的对地摄像头，获取所述目标物在对地方向上的图像，并通过与所述对地摄像头连接的陀螺仪，获取所述对地摄像头的角度变化值；
根据所述角度变化值和所述对地摄像头的内参矩阵，对所述图像进行倾斜校正。
2.根据权利要求1所述的图像校正方法，其特征在于，通过安装于目标物内的对地摄像头，获取所述目标物在对地方向上的图像，并通过与所述对地摄像头连接的陀螺仪，获取所述对地摄像头的角度变化值，包括：
通过外部触发方式同步所述对地摄像头和所述陀螺仪，以同步获取所述对地摄像头输出的图像和所述陀螺仪输出的角度变化值。
3.根据权利要求1所述的图像校正方法，其特征在于，根据所述角度变化值和所述对地摄像头的内参矩阵，对所述图像进行倾斜校正，之前还包括：
对所述对地摄像头进行标定，得到所述对地摄像头的内参矩阵和畸变参数；
通过所述内参矩阵和所述畸变参数对所述图像进行畸变校正；
相应地，根据所述角度变化值和所述对地摄像头的内参矩阵，对所述图像进行倾斜校正，具体为：
根据所述角度变化值和所述对地摄像头的内参矩阵，对进行畸变校正后的图像进行倾斜校正。
4.根据权利要求1所述的图像校正方法，其特征在于，所述角度包括俯仰角和横滚角；相应地，
根据所述角度变化值和所述对地摄像头的内参矩阵，对所述图像进行倾斜校正，之前还包括：
判断得到所述俯仰角的变化值大于俯仰角变化阈值和/或所述横滚角的变化值大于横滚角变化阈值。
5.根据权利要求1所述的图像校正方法，其特征在于，根据所述角度变化值和所述对地摄像头的内参矩阵，对所述图像进行倾斜校正，包括：
根据所述角度变化值和所述对地摄像头的内参矩阵，获取旋转矩阵；
通过所述旋转矩阵，对所述图像进行逆透视变换，以完成对所述图像的倾斜校正。
6.一种图像校正装置，其特征在于，包括：
对地摄像头、陀螺仪和处理器；其中，
所述对地摄像头安装于目标物内，所述陀螺仪与所述对地摄像头连接，所述处理器分别与所述对地摄像头和所述陀螺仪电连接；
所述对地摄像头，用于获取所述目标物在对地方向上的图像；
所述陀螺仪，用于获取所述对地摄像头的角度变化值；
所述处理器，用于根据所述角度变化值和所述对地摄像头的内参矩阵，对所述图像进行倾斜校正。
7.根据权利要求6所述的图像校正装置，其特征在于，所述陀螺仪为MEMS陀螺仪。
8.根据权利要求6所述的图像校正装置，其特征在于，所述陀螺仪与所述对地摄像头平行安装，且位于同一水平位置。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至5任一项所述方法的步骤。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述方法的步骤。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20200214 |