CN111429382B - 一种全景图像矫正方法、装置以及计算机存储介质 - Google Patents

一种全景图像矫正方法、装置以及计算机存储介质 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种全景图像矫正方法、装置以及计算机存储介质。该全景图像矫正方法包括：获取原始全景图像，并标定相机参数、拼接参数和矫正目标参数；基于相机参数、拼接参数和矫正目标参数计算图像矫正参数，其中，图像矫正参数包括映射矩阵；基于映射矩阵，将原始全景图像的坐标点映射为目标坐标点，并将目标坐标点拼接成目标全景图像。通过上述方式，本申请的全景图像矫正方法能够对全景拼接相机的原始全景图像进行重新映射，使全景图像效果更加直观真实。

Description

一种全景图像矫正方法、装置以及计算机存储介质
技术领域
本申请涉及数字图像处理技术领域，特别是涉及一种全景图像矫正方法、装置以及计算机存储介质。
背景技术
数字成像设备的普及使得数码图像得到广泛的应用。在实际的科学研究和工程项目中，经常会用到超过人眼视角的超宽视角图像，但由于距离的限制，普通的数字成像设备的视角通常无法将大尺寸的物体用一张照片拍摄下来。为了得到大视角的高分辨率图像，一般采用广角镜头来拍摄，然而在一些特殊环境下，设备本身的限制使得图像的视场宽度不能满足应用要求，例如：利用广角镜头虽然可以得到宽视角的图像，但广角镜头的边缘会产生难以避免的扭曲变形，并且广角镜头价格昂贵，使用费用高。
随着计算机和图像处理技术的发展，图像拼接技术为得到宽视角图像提供了很好的解决方案。图像拼接技术可以将一系列有部分重叠边界的小视角图像，根据不同图像的特征运用不同的处理算法进行匹配对准，从而拼接成一幅宽视角图像。但这种传统图像拼接技术拼接而成的全景图像由于拼接模型的原因，会导致场景中的直线会变弯曲，影响用户体验和对场景的判断。
发明内容
本申请提供了一种全景图像矫正方法、装置以及计算机存储介质，主要解决的技术问题是如何对全景图像进行处理，使全景图像效果更加直观真实。
为解决上述技术问题，本申请提供了一种全景图像矫正方法，所述全景图像矫正方法包括：
获取原始全景图像，并标定相机参数、拼接参数和矫正目标参数；
基于所述相机参数、所述拼接参数和所述矫正目标参数计算图像矫正参数，其中，所述图像矫正参数包括映射矩阵；
基于所述映射矩阵，将所述原始全景图像的坐标点映射为目标坐标点，并将所述目标坐标点拼接成目标全景图像。
为解决上述技术问题，本申请还提供了一种全景图像矫正装置，所述全景图像矫正装置包括标定模块、计算模块以及映射模块；
所述标定模块，用于获取原始全景图像，并标定相机参数、拼接参数和矫正目标参数；
所述计算模块，用于基于所述相机参数、所述拼接参数和所述矫正目标参数计算图像矫正参数，其中，所述图像矫正参数至少包括映射矩阵；
所述映射模块，用于基于所述映射矩阵，将所述原始全景图像的坐标点映射为目标坐标点，并将所述目标坐标点拼接成目标全景图像。
其中，所述图像矫正参数还包括水平方向偏移量和垂直方向偏移量，所述相机参数包括水平分辨率、垂直分辨率、图像水平视场角和光轴夹角；
所述基于所述映射矩阵，将所述原始全景图像的坐标点映射为目标坐标点的步骤，包括：
基于所述映射矩阵，将所述原始全景图像的坐标点映射为中间坐标点，其中，中间坐标点包括中间横坐标点和中间纵坐标点；
基于所述水平方向偏移量将所述中间横坐标点映射为目标横坐标点；
基于所述垂直方向偏移量将所述中间纵坐标点映射为目标纵坐标点。
其中，所述拼接参数包括拼接模型球面半径；
所述标定相机参数、拼接参数和矫正目标参数的步骤，包括：
基于所述水平分辨率计算所述水平方向偏移量；
基于所述水平分辨率和所述图像水平视场角计算拼接模型球面半径；
基于所述拼接模型球面半径和所述光轴夹角计算垂直方向偏移量。
其中，所述矫正目标参数还包括矫正图像焦距；
所述基于所述相机参数、所述拼接参数和所述矫正目标参数计算图像矫正参数的步骤，包括：
基于所述光轴夹角计算镜头旋转矩阵；
基于所述水平分辨率、所述垂直分辨率和所述矫正图像焦距计算图像内参矩阵；
根据所述镜头旋转矩阵和所述图像内参矩阵计算所述映射矩阵。
其中，所述基于所述映射矩阵，将所述原始全景图像的坐标点映射为目标坐标点的步骤，包括：
根据所述映射矩阵将所述原始全景图像的坐标点映射为所述中间横坐标点、所述中间纵坐标点以及中间参考坐标点；
将所述中间横坐标点、所述中间纵坐标点以及中间参考坐标点映射为所述目标横坐标点和所述目标纵坐标点；
映射所述目标横坐标点的计算方式为：
映射所述目标纵坐标点的计算方式为：
其中，x'是所述目标横坐标点，y'是所述目标横坐标点，r是所述拼接模型球面半径，x”是所述中间横坐标点，y”是所述中间纵坐标点，offx是所述水平方向偏移量，z”是所述中间参考坐标点，offy是所述垂直方向偏移量。
其中，所述基于所述映射矩阵，将所述原始全景图像的坐标点映射为目标坐标点，并将所述目标坐标点拼接成目标全景图像的步骤之后，所述方法还包括：
对所述目标全景图像进行裁剪，以删除所述目标全景图像中的无效像素。
其中，所述对所述目标全景图像进行裁剪，以删除所述目标全景图像中的无效像素的步骤，包括：
根据预设的像素值或预设规则标记所述目标全景图像中的无效像素，并将与所述无效像素纵坐标相同的像素点删除。
为解决上述技术问题，本申请还提供了一种全景图像矫正装置，所述终端设备包括存储器和处理器，其中，所述存储器与所述处理器耦接；
其中，所述存储器用于存储程序数据，所述处理器用于执行所述程序数据以实现如上述的全景图像矫正方法。
为解决上述技术问题，本申请还提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质用于存储程序数据，所述程序数据在被处理器执行时，用以实现如上述的全景图像矫正方法。
与现有技术相比，本申请的有益效果是：全景图像矫正装置获取原始全景图像，并标定相机参数、拼接参数和矫正目标参数；基于相机参数、拼接参数和矫正目标参数计算图像矫正参数，其中，图像矫正参数包括映射矩阵；基于映射矩阵，将原始全景图像的坐标点映射为目标坐标点，并将目标坐标点拼接成目标全景图像。通过上述方式，本申请的全景图像矫正方法能够对全景拼接相机的原始全景图像进行重新映射，使全景图像效果更加直观真实。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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。其中：
图1是本申请提供的全景图像矫正方法第一实施例的流程示意图；
图2是本申请提供的原始全景图像的示意图；
图3是本申请提供的光轴夹角的示意图；
图4是本申请提供的目标全景图像的示意图；
图5是本申请提供的全景图像矫正方法第二实施例的流程示意图；
图6是本申请提供的全景图像矫正方法第三实施例的流程示意图；
图7是本申请提供的矫正后的全景图像的示意图；
图8是本申请提供的全景图像矫正装置一实施例的结构示意图；
图9是本申请提供的全景图像矫正装置另一实施例的结构示意图
图10是本申请提供的计算机存储介质一实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
为了解决上述的问题，本申请提出了一种全景图像矫正方法，具体请参阅图1，图1是本申请提供的全景图像矫正方法第一实施例的流程示意图。本申请的全景图像矫正方法应用于一种全景图像矫正装置，可以为例如智能手机、平板电脑、笔记本电脑、电脑或者可穿戴设备等终端设备，具体地还可以为一种全景拍摄相机。在下述实施例介绍中，统一以矫正装置作为本申请全景图像矫正方法的执行主体。
如图1所示，本实施例的全景图像矫正方法具体包括以下步骤：
S101：获取原始全景图像，并标定相机参数、拼接参数和矫正目标参数。
其中，矫正装置可以与外部摄像装置建立通信连接，而摄像装置具体可以为一种全景拍摄相机，将拍摄到的全景图像作为全景图像矫正方法的原始全景图像发送给矫正装置。或者，矫正装置自身为具有全景拍摄功能的全景拍摄相机，矫正装置内部的处理器能够用于实现本申请提供的全景图像矫正方法。
另外，矫正装置也可以接入外部存储设备，外部存储设备可以为移动硬盘、软盘驱动器、U盘或光盘驱动器等；其中，外部存储设备中存储有原始全景图像，矫正装置可以直接从外部存储设备获取原始全景图像。具体请参阅图2，图2是本申请提供的原始全景图像的示意图。
矫正装置获取原始全景图像的同时，对拍摄原始全景图像的相机进行标定，以获取相机参数。其中，相机参数可以包括水平分辨率、垂直分辨率、图像水平视场角和光轴夹角。矫正装置还可以标定拼接参数和矫正目标参数，其中，拼接参数可以包括拼接模型球面半径，矫正目标参数可以包括矫正图像焦距。在本实施例中，光轴夹角为相机镜头光轴与相机中轴的夹角。具体请参阅图3，图3中的角度θ即为光轴夹角。
S102：基于相机参数、拼接参数和矫正目标参数计算图像矫正参数，其中，图像矫正参数包括映射矩阵。
其中，矫正装置根据标定的相机参数、拼接参数和矫正目标参数计算图像矫正参数，图像矫正参数用于对原始全景图像的坐标点进行映射。图像矫正参数可以包括映射矩阵，还可以包括水平方向偏移量和垂直方向偏移量等。
具体地，水平方向偏移量和垂直方向偏移量的计算方法如下：
矫正装置根据相机的水平分辨率计算矫正全景图像的水平方向偏移量，即：
其中，offx为水平方向偏移量，w为水平分辨率。
矫正装置根据相机的水平分辨率和图像水平视场角计算拼接模型球面半径，即：
其中，r为拼接模型球面半径，a为图像水平视场角。
矫正装置根据上述拼接模型球面半径和光轴夹角计算垂直方向偏移量，即：
offy＝πr-θr
其中，offy为垂直方向偏移量，θ为光轴夹角。
S103：基于映射矩阵，将原始全景图像的坐标点映射为目标坐标点，并将目标坐标点拼接成目标全景图像。
矫正装置首先根据上述的映射矩阵将原始全景图像的坐标点映射为中间坐标点，其中，中间坐标点包括中间横坐标点和中间纵坐标点；然后根据上述的水平方向偏移量将中间横坐标点映射为目标横坐标点，根据上述的垂直方向偏移量将中间纵坐标点映射为目标纵坐标点；最后，矫正装置基于原始全景图像的坐标点的对应关系将目标横坐标点和目标纵坐标点拼接成目标全景图像。矫正后的目标全景图像请参阅图4，图4是本申请提供的目标全景图像的示意图。
在本实施例中，全景图像矫正装置获取原始全景图像，并标定相机参数、拼接参数和矫正目标参数；基于相机参数、拼接参数和矫正目标参数计算图像矫正参数，其中，图像矫正参数包括映射矩阵；基于映射矩阵，将原始全景图像的坐标点映射为目标坐标点，并将目标坐标点拼接成目标全景图像。通过上述方式，本申请的全景图像矫正方法能够对全景拼接相机的原始全景图像进行重新映射，使全景图像效果更加直观真实。
在上述实施例的基础上，本申请还提供了一种具体的全景图像矫正方法，具体请参阅图5，图5是本申请提供的全景图像矫正方法第二实施例的流程示意图。
如图5所示，本实施例的全景图像矫正方法具体包括以下步骤：
S201：获取原始全景图像，并标定相机参数。
其中，相机参数包括图像焦距、水平分辨率、垂直分辨率、图像水平视场角和光轴夹角。
S202：基于光轴夹角计算镜头旋转矩阵。
其中，矫正装置根据光轴夹角计算镜头旋转矩阵，即：
其中，R为镜头旋转矩阵，θ为光轴夹角。
S203：基于水平分辨率、垂直分辨率和图像焦距计算图像内参矩阵。
其中，矫正装置根据水平分辨率、垂直分辨率和图像焦距计算图像内参矩阵，即：
其中，K为图像内参矩阵，f为图像焦距，w为水平分辨率，H为垂直分辨率。
其中，图像焦距f可以取决于图像缩放系数λ和拼接模型球面半径r。具体地，图像焦距f的计算方式为：
f＝λr
图像缩放系数λ越大，则矫正后的目标全景图像越大；图像缩放系数λ越小，则矫正后的目标全景图像越小。
S204：根据镜头旋转矩阵和图像内参矩阵计算映射矩阵。
矫正装置根据镜头旋转矩阵和图像内参矩阵计算映射矩阵，即：
M＝RK-1
其中，M为映射矩阵，R为镜头旋转矩阵，K为图像内参矩阵。
S205：根据映射矩阵将原始全景图像的坐标点映射为中间横坐标点、中间纵坐标点以及中间参考坐标点。
其中，矫正装置根据映射矩阵将原始全景图像的坐标点映射为中间横坐标点、中间纵坐标点以及中间参考坐标点，即：
x”为中间横坐标点，y”为中间纵坐标点，z”为中间参考坐标点。
S206：将中间横坐标点、中间纵坐标点以及中间参考坐标点映射为目标横坐标点和目标纵坐标点。
矫正装置根据中间横坐标点和中间参考坐标点计算得到目标横坐标点，即：
其中，x'为目标横坐标，offx为水平方向偏移量。
矫正装置根据中间横坐标点、中间纵坐标点以及中间参考坐标点计算目标纵坐标点，即:
其中，y'为目标纵坐标，offy为垂直方向偏移量。
最后，矫正装置基于原始全景图像的坐标点的对应关系将目标横坐标点和目标纵坐标点拼接成目标全景图像。
在上述实施例的基础上，本申请还提供了另一种具体的全景图像矫正方法，具体请参阅图6，图6是本申请提供的全景图像矫正方法第三实施例的流程示意图。
如图6所示，本实施例的全景图像矫正方法具体包括以下步骤：
S301：获取原始全景图像，并标定相机参数、拼接参数和矫正目标参数。
S302：基于相机参数、拼接参数和矫正目标参数计算图像矫正参数，其中，图像矫正参数包括映射矩阵。
S303：基于映射矩阵，将原始全景图像的坐标点映射为目标坐标点，并将目标坐标点拼接成目标全景图像。
其中，本实施例的S301～S303的技术内容在上述实施例中已有具体的描述和说明，在此不再赘述。
S304：对目标全景图像进行裁剪，以删除目标全景图像中的无效像素。
其中，真实场景的直线在矫正后的目标全景图像中显示为直线，但是有限大小的平面无法显示无限长的直线。如图7所示，图7是本申请提供的矫正后的全景图像的示意图。因此，当全景图像的水平视场角大于或等于180°时，经过上述步骤矫正后的目标全景图像的大小将是无穷大，同时为了使矫正后的目标全景图像更美观，矫正装置需要对目标全景图像进行裁剪，以删除目标全景图像中的无效像素。
具体地，矫正装置可以根据预设的像素值或预设规则标记目标全景图像中的无效像素，并将与无效像素纵坐标相同的像素点删除。其中，预设的像素值可以为0或255，也可以为其他预设像素值，在此不再赘述。
为实现上述实施例的全景图像矫正方法，本申请还提出了一种全景图像矫正装置，具体请参阅图8，图8是本申请提供的全景图像矫正装置一实施例的结构示意图。
本实施例的全景图像矫正装置400包括标定模块41、计算模块42以及映射模块43。
其中，标定模块41，用于获取原始全景图像，并标定相机参数。
计算模块42，用于基于相机参数计算图像矫正参数，其中，图像矫正参数至少包括映射矩阵。
映射模块43，用于基于映射矩阵，将原始全景图像的坐标点映射为目标坐标点，并将目标坐标点拼接成目标全景图像。
为实现上述实施例的全景图像矫正方法，本申请还提出了另一种全景图像矫正装置，具体请参阅图9，图9是本申请提供的全景图像矫正装置另一实施例的结构示意图。
本实施例的全景图像矫正装置500包括存储器51和处理器52，其中，存储器51和处理器52耦接。
存储器51用于存储程序数据，处理器52用于执行程序数据以实现上述实施例的全景图像矫正方法。
在本实施例中，处理器52还可以称为CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)。处理器52可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。处理器52还可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器或者该处理器52也可以是任何常规的处理器等。
本申请还提供一种计算机存储介质，如图10所示，计算机存储介质600用于存储程序数据61，程序数据61在被处理器执行时，用以实现如本申请全景图像矫正方法实施例中所述的方法。
本申请全景图像矫正方法实施例中所涉及到的方法，在实现时以软件功能单元的形式存在并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在装置中，例如一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请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全部或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)或处理器(processor)执行本发明各个实施方式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。
以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种全景图像矫正方法，其特征在于，所述全景图像矫正方法包括：
获取原始全景图像，并标定相机参数、拼接参数和矫正目标参数；
基于所述相机参数、所述拼接参数和所述矫正目标参数计算图像矫正参数，其中，所述图像矫正参数包括映射矩阵；
基于所述映射矩阵，将所述原始全景图像的坐标点映射为目标坐标点，并将所述目标坐标点拼接成目标全景图像；
所述图像矫正参数还包括水平方向偏移量和垂直方向偏移量，所述相机参数包括水平分辨率、垂直分辨率、图像水平视场角和光轴夹角；
所述拼接参数包括拼接模型球面半径；
所述基于所述映射矩阵，将所述原始全景图像的坐标点映射为目标坐标点的步骤，包括：
根据所述映射矩阵将所述原始全景图像的坐标点映射为中间横坐标点、中间纵坐标点以及中间参考坐标点；
根据拼接模型球面半径、所述中间横坐标与所述中间纵坐标点的三角函数关系以及所述水平方向偏移量将所述中间横坐标点映射为目标横坐标点；
根据所述拼接模型球面半径、所述所述中间横坐标与所述中间纵坐标点的三角函数关系、所述中间参考坐标点以及所述垂直方向偏移量将所述中间纵坐标点映射为目标纵坐标点。
2.根据权利要求1所述的全景图像矫正方法，其特征在于，
所述标定相机参数、拼接参数和矫正目标参数的步骤，包括：
基于所述水平分辨率计算所述水平方向偏移量；
基于所述水平分辨率和所述图像水平视场角计算拼接模型球面半径；
基于所述拼接模型球面半径和所述光轴夹角计算垂直方向偏移量。
3.根据权利要求2所述的全景图像矫正方法，其特征在于，
所述矫正目标参数包括矫正图像焦距；
所述基于所述相机参数、所述拼接参数和所述矫正目标参数计算图像矫正参数的步骤，包括：
基于所述光轴夹角计算镜头旋转矩阵；
基于所述水平分辨率、所述垂直分辨率和所述矫正图像焦距计算图像内参矩阵；
根据所述镜头旋转矩阵和所述图像内参矩阵计算所述映射矩阵。
4.根据权利要求3所述的全景图像矫正方法，其特征在于，
映射所述目标横坐标点的计算方式为：
映射所述目标纵坐标点的计算方式为：
其中，是所述目标横坐标点，/>是所述目标横坐标点，/>是所述拼接模型球面半径，/>是所述中间横坐标点，/>是所述中间纵坐标点，/>是所述水平方向偏移量，/>是所述中间参考坐标点，/>是所述垂直方向偏移量。
5.根据权利要求1所述的全景图像矫正方法，其特征在于，
所述基于所述映射矩阵，将所述原始全景图像的坐标点映射为目标坐标点，并将所述目标坐标点拼接成目标全景图像的步骤之后，所述方法还包括：
对所述目标全景图像进行裁剪，以删除所述目标全景图像中的无效像素。
6.根据权利要求5所述的全景图像矫正方法，其特征在于，
所述对所述目标全景图像进行裁剪，以删除所述目标全景图像中的无效像素的步骤，包括：
根据预设的像素值或预设规则标记所述目标全景图像中的无效像素，并将与所述无效像素纵坐标相同的像素点删除。
7.一种全景图像矫正装置，其特征在于，所述全景图像矫正装置包括标定模块、计算模块以及映射模块；
所述标定模块，用于获取原始全景图像，并标定相机参数、拼接参数和矫正目标参数；
所述计算模块，用于基于所述相机参数、所述拼接参数和所述矫正目标参数计算图像矫正参数，其中，所述图像矫正参数至少包括映射矩阵；
所述映射模块，用于基于所述映射矩阵，将所述原始全景图像的坐标点映射为目标坐标点，并将所述目标坐标点拼接成目标全景图像；
所述图像矫正参数还包括水平方向偏移量和垂直方向偏移量，所述相机参数包括水平分辨率、垂直分辨率、图像水平视场角和光轴夹角；
所述拼接参数包括拼接模型球面半径，所述映射模块，还用于根据所述映射矩阵将所述原始全景图像的坐标点映射为中间横坐标点、中间纵坐标点以及中间参考坐标点；根据拼接模型球面半径、所述中间横坐标与所述中间纵坐标点的三角函数关系以及所述水平方向偏移量将所述中间横坐标点映射为目标横坐标点；根据所述拼接模型球面半径、所述所述中间横坐标与所述中间纵坐标点的三角函数关系、所述中间参考坐标点以及所述垂直方向偏移量将所述中间纵坐标点映射为目标纵坐标点。
8.一种全景图像矫正装置，其特征在于，所述全景图像矫正装置包括存储器和处理器，其中，所述存储器与所述处理器耦接；
其中，所述存储器用于存储程序数据，所述处理器用于执行所述程序数据以实现如权利要求1~6中任一项所述的全景图像矫正方法。
9.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质用于存储程序数据，所述程序数据在被处理器执行时，用以实现如权利要求1~6中任一项所述的全景图像矫正方法。
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