CN116245748B - 环视镜头的畸变校正方法、装置、设备、系统及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种环视镜头的畸变校正方法、装置、设备、系统及存储介质，涉及图像处理技术领域，能够对展开后的环视图像进行局部畸变校正，保证畸变校正后环视图像的视角能够准确对接到环视镜头的视角。该方法包括：获取环视镜头在限制视场范围时所拍摄得到的环视图像，在环视图像中提取得到圆形，使用圆形确定环视图像在图像坐标系的中心点坐标，建立使用环视镜头拍摄对应的图像坐标系，将图像坐标系转换至镜头模型的坐标系，使用镜头模型的坐标系将环视图像中的像素点展开至图像坐标系中，得到展开的环视图像，针对展开的环视图像建立图像中不同类型线条之间的畸变映射关系，利用畸变映射关系对环视镜头进行局部畸变校正。
Description
技术领域
本申请涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种环视镜头的畸变校正方法、装置、设备、系统及存储介质。
背景技术
近年来，随着光学镜头及成像芯片技术的不断发展，基于常规镜头的传统视觉系统由于其有限的视场范围已经不能满足许多应用场景的需求。而鱼眼镜头是一种基于仿生学的超广角镜头，通过引入桶形畸变，对屋里空间进行压缩形变，从而获得超广角成像，尽管物像间差异很大，但不影响分辨率，且能保证物点与像点一一对应关系，可以实现大范围的清晰成像。
环视镜头作为鱼眼镜头的一种变体，相关技术可以使用鱼眼环视镜头的畸变校正的方式来实现环视镜头的畸变校正，通常情况下，使用张正友标定法来实现鱼眼环视镜头的畸变校正，具体地，首先拍摄棋盘格图像，然后提取棋盘格图像中的角点，由于棋盘格角点在无畸变的情况下，每一排每一列都是一条直线，而畸变后每一条直线都变弯曲，对于原本真实世界中的直线，在图像中因为畸变而产生弯曲，然后针对棋盘格图像中产生畸变的曲线，通过模拟出直线变弯曲的过程，从而将图像中弯曲的直线反映射成真实的直线。
上述的环视镜头的畸变校正过程虽然可将拍摄图像中的曲线全部拉直，但是受到相机方位的影响，畸变校正后的视角通常为从下方向上观察，而环视镜头的视角是水平环绕一周，使得拉伸后直线无法保证准确对接到环视镜头的视角，导致环视镜头的畸变校正效果不理想。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本申请以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的环视镜头的畸变校正方法、装置、设备、系统及存储介质，能够解决相关技术中环视镜头的畸变校正效果不理想的问题，进而更好地展示出环视镜头经过畸变校正后得到的环视图像。所述技术方案如下：
第一方面，提供了一种环视镜头的畸变校正方法，所述方法包括：
获取环视镜头在限制视场范围时所拍摄得到的环视图像，在所述环视图像中提取得到圆形，使用所述圆形确定环视图像在图像坐标系的中心点坐标；
建立使用环视镜头拍摄对应的图像坐标系，根据所述环视图像在图像坐标系的中心点坐标将所述图像坐标系转换至镜头模型的坐标系；
使用所述镜头模型的坐标系将所述环视图像中的像素点展开至图像坐标系中，得到展开的环视图像；
针对所述展开的环视图像不同类型的线条建立畸变映射关系，利用所述畸变映射关系对环视镜头进行局部畸变校正。
进一步地，所述限制视场范围至少包括预先在环视镜头上设置圆形遮挡或调整环视镜头的拍摄视角至纯色背景。
进一步地，所述获取环视镜头在限制视场范围时所拍摄得到的环视图像，在所述环视图像中提取得到圆形，使用所述圆形确定环视图像在图像坐标系的中心点坐标，包括：
预先在环视镜头上设置圆形遮挡，使用带有圆形遮挡的环视镜头拍摄得到环视图像，所述环视图像呈现为环形，所述环形由两个同心圆构成，所述同心圆的圆心和环视镜头中心在相同位置，均为所述环视图像中呈现的圆心坐标；
利用所述环视图像中呈现的环形确定环视镜头的内外半径，使用所述环视镜头的内外半径将所述环视图像拟合为圆形；
根据拟合得到的圆形确定环视图像在图像坐标系的中心点坐标。
进一步地，所述利用所述环视图像中呈现的环形确定环视镜头的内外半径，使用所述环视镜头的内外半径将所述环视图像拟合为圆形，包括：
利用所述环视图像中呈现的环形，从被圆形遮挡的同心圆画面中提取所述环视镜头的内外半径；
使用所述环视镜头的内外半径对所述同心圆画面进行阈值处理，提取所述同心圆画面的边缘，将所述同心圆画面的边缘拟合为圆形。
进一步地，所述根据拟合得到的圆形确定环视图像在图像坐标系的中心点坐标，包括：
针对拟合得到的圆形，使用圆形表达式提取圆形的中心点坐标；
将所述圆形的中心点坐标确定为环视图像在图像坐标系的中心点坐标。
进一步地，所述建立使用环视镜头拍摄对应的图像坐标系，根据所述环视图像在图像坐标系的中心点坐标将所述图像坐标系转换至镜头模型的坐标系，包括：
以环视图像中左上角坐标为原点建立使用环视镜头拍摄对应的图像坐标系，沿着所述原点水平向右作为图像坐标系的横向坐标轴，沿着所述原点垂直向下为图像坐标系纵向坐标轴；
根据所述环视图像在图像坐标系的中心点坐标对所述环视图像中像素点的坐标进行平移，将所述图像坐标系转换至镜头模型的坐标系。
进一步地，所述根据所述环视图像在图像坐标系的中心点坐标对所述环视图像中像素点的坐标进行平移，将所述图像坐标系转换至镜头模型的坐标系，包括：
根据所述环视图像在图像坐标系的中心点坐标，计算所述环视图像中任一像素点的坐标；
以任一像素点的坐标到环视图像在图像坐标系的中心点坐标之间的满足距离相等为条件，对所述环视图像中像素点的坐标进行平移，在平移的过程中填补所述像素点在第三个坐标轴上的坐标，将所述图像坐标系转换至镜头模型的坐标系。
进一步地，所述使用所述镜头模型的坐标系将所述环视图像中的像素点展开至图像坐标系中，得到展开的环视图像，包括：
使用所述镜头模型的坐标系，将所述环视图像中任一像素点到环视图像在图像坐标系的中心点坐标形成连线，计算所述连线与水平面对应的第一夹角和所述连线与u轴对应的第二夹角；
利用所述第一夹角和所述第二夹角建立图像坐标系的参数方程，根据所述图像坐标系的参数方程将所述环视图像中的像素点展开至图像坐标系中，得到展开的环视图像，以使得展开的环视图像对应视角为水平环绕一周。
进一步地，所述针对所述展开的环视图像不同类型的线条建立畸变映射关系，利用所述畸变映射关系对环视镜头进行局部畸变校正，包括：
针对所述展开的环视图像，提取环视图像中弯曲类型的线条；
将所述弯曲类型的线条拟合成抛物线，使用拟合系数均值建立图像中弯曲类型的线条与直线类型的线条之间的畸变映射关系；
利用所述畸变映射关系将环视图像中产生畸变的线条进行局部畸变校正。
第二方面，提供了一种环视镜头的畸变校正装置，所述装置包括：
获取单元，用于获取环视镜头在限制视场范围时所拍摄得到的环视图像，在所述环视图像中提取得到圆形，使用所述圆形确定环视图像在图像坐标系的中心点坐标；
建立单元，用于根据所述环视图像在图像坐标系的中心点坐标建立使用环视镜头拍摄对应的图像坐标系，将所述图像坐标系转换至镜头模型的坐标系；
展开单元，用于使用所述镜头模型的坐标系将所述环视图像中每个像素点展开至图像坐标系中，得到展开的环视图像；
校正单元，用于针对所述展开的环视图像建立图像中不同类型线条之间的映射关系，利用所述映射关系对环视镜头进行局部畸变校正。
进一步地，所述限制视场范围至少包括预先在环视镜头上设置圆形遮挡或调整环视镜头的拍摄视角至纯色背景。
进一步地，所述获取单元包括：
拍摄模块，用于预先在环视镜头上设置圆形遮挡，使用带有圆形遮挡的环视镜头拍摄得到环视图像，所述环视图像呈现为环形，所述环形由两个同心圆构成，所述同心圆的圆心和环视镜头中心在相同位置，均为所述环视图像中呈现的圆心坐标；
拟合模块，用于利用所述环视图像中呈现的环形确定环视镜头的内外半径，使用所述环视镜头的内外半径将所述环视图像拟合为圆形；
确定模块，用于根据拟合得到的圆形确定环视图像在图像坐标系的中心点坐标。
进一步地，所述拟合模块，具体用于利用所述环视图像中呈现的环形，从被圆形遮挡的同心圆画面中提取所述环视镜头的内外半径；使用所述环视镜头的内外半径对所述同心圆画面进行阈值处理，提取所述同心圆画面的边缘，将所述同心圆画面的边缘拟合为圆形。
进一步地，所述确定模块，具体用于针对拟合得到的圆形，使用圆形表达式提取圆形的中心点坐标；将所述圆形的中心点坐标确定为环视图像在图像坐标系的中心点坐标。
进一步地，所述建立单元包括：
建立模块，用于以环视图像中左上角坐标为原点建立使用环视镜头拍摄对应的图像坐标系，沿着所述原点水平向右作为图像坐标系的横向坐标轴，沿着所述原点垂直向下为图像坐标系纵向坐标轴；
转换模块，用于根据所述环视图像在图像坐标系的中心点坐标对所述环视图像中像素点的坐标进行平移，将所述图像坐标系转换至镜头模型的坐标系。
进一步地，所述转换模块，用于根据所述环视图像在图像坐标系的中心点坐标，计算所述环视图像中任一像素点的坐标；以任一像素点的坐标到环视图像在图像坐标系的中心点坐标之间的满足距离相等为条件，对所述环视图像中像素点的坐标进行平移，在平移的过程中填补所述像素点在第三个坐标轴上的坐标，将所述图像坐标系转换至镜头模型的坐标系。
进一步地，所述展开单元，具体用于使用所述镜头模型的坐标系，将所述环视图像中任一像素点到环视图像在图像坐标系的中心点坐标形成连线，计算所述连线与水平面对应的第一夹角和所述连线与u轴对应的第二夹角；利用所述第一夹角和所述第二夹角建立图像坐标系的参数方程，根据所述图像坐标系的参数方程将所述环视图像中的像素点展开至图像坐标系中，得到展开的环视图像，以使得展开的环视图像对应视角为水平环绕一周。
进一步地，所述校正单元，具体用于针对所述展开的环视图像，提取环视图像中弯曲类型的线条；将所述弯曲类型的线条拟合成抛物线，使用拟合系数均值建立图像中弯曲类型的线条与直线类型的线条之间的畸变映射关系；利用所述畸变映射关系将环视图像中产生畸变的线条进行局部畸变校正。
第三方面，提供了一种摄像设备，包括环视镜头、畸变校正模块，所述畸变校正模块具体在对环视镜头进行畸变校正时执行上述的环视镜头的畸变校正方法的步骤。
第四方面，提供了一种视频系统，包括摄像设备，所述摄像设备中包括畸变校正模块，所述畸变校正模块具体在对环视镜头进行畸变校正时执行上述的环视镜头的畸变校正方法的步骤。
第五方面，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，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环视镜头的畸变校正方法的步骤。
第六方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述环视镜头的畸变校正方法的步骤。
借由上述技术方案，本申请实施例提供的环视镜头的畸变校正方法、装置、设备、系统及存储介质，与目前现有技术通过模拟直线弯曲过程来对环视图像中产生畸变的曲线进行畸变校正的方式相比，本申请通过获取环视镜头在限制视场范围时所拍摄得到的环视图像，在环视图像中提取得到圆形，使用圆形确定环视图像在图像坐标系的中心点坐标，建立使用环视镜头拍摄对应的图像坐标系，根据环视图像在图像坐标系的中心点坐标将图像坐标系转换至镜头模型的坐标系，使用镜头模型的坐标系将环视图像中的像素点展开至图像坐标系中，得到展开的环视图像，针对展开的环视图像建立图像中不同类型线条之间的畸变映射关系，利用畸变映射关系对环视镜头进行局部畸变校正。整个过程针对环视图像进行横向展开，以使得展开的环视图像对应视角为水平环绕一周，并对展开后的环视图像进行局部畸变校正，能够将产生畸变的弯曲线条映射为真实的直线，保证畸变校正后环视图像的视角能够准确对接到环视镜头的视角，提升环视镜头的畸变校正效果。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1是本申请实施例提供的一种环视镜头的畸变校正方法的流程示意图；
图2是本申请实施例提供的相关技术在针对环视镜头进行畸变校正后的效果图；
图3是图1中步骤101的一具体实施方式流程示意图；
图4是图1中步骤102的一具体实施方式流程示意图；
图5是本申请实施例提供的图像坐标系转换与镜头模型的坐标系之间的映射关系示意图；
图6是图1中步骤103的一具体实施方式流程示意图；
图7是本申请实施例提供的环视图像中的像素点展开至图像坐标系的流程示意图；
图8是图1中步骤104的一具体实施方式流程示意图；
图9是本申请一实施例提供的环视镜头的畸变校正装置的结构框图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本申请的示例性实施例。虽然附图中显示了本申请的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本申请，并且能够将本申请的范围完整的传达给本领域的技术人员。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”及其变体要被解读为意味着“包括但不限于”的开放式术语。
需要说明的是，本申请提供的环视镜头的畸变校正方法，可以应用于终端，例如终端可以是各种商业用途大平板、手机或电脑、普通消费平板电脑、智能电视、便携计算机终端，也可以是台式计算机等固定终端。为方便阐述，本申请中以终端为执行主体进行举例说明。
本申请实施例可以应用于计算机系统/服务器，其可与众多其它通用或专用计算系统环境或配置一起操作。适于与计算机系统/服务器一起使用的众所周知的计算系统、环境和/或配置的例子包括但不限于：个人计算机系统、服务器计算机系统、瘦客户机、厚客户机、手持或膝上设备、基于微处理器的系统、机顶盒、可编程消费电子产品、网络个人电脑、小型计算机系统﹑大型计算机系统和包括上述任何系统的分布式云计算技术环境，等等。
计算机系统/服务器可以在由计算机系统执行的计算机系统可执行指令(诸如程序模块)的一般语境下描述。通常，程序模块可以包括例程、程序、目标程序、组件、逻辑、数据结构等等，它们执行特定的任务或者实现特定的抽象数据类型。计算机系统/服务器可以在分布式云计算环境中实施，分布式云计算环境中，任务是由通过通信网络链接的远程处理设备执行的。在分布式云计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备的本地或远程计算系统存储介质上。
本申请实施例提供了一种环视镜头的畸变校正方法，能够解决相关技术中环视镜头的畸变校正效果不理想的问题，进而更好地展示出畸变校正后的环视图像，保证畸变校正后环视图像的视角能够准确对接到环视镜头的视角，如图1所示，该方法可以包括：
101、获取环视镜头在限制视场范围时所拍摄得到的环视图像，在所述环视图像中提取得到圆形，使用所述圆形确定环视图像在图像坐标系的中心点坐标。
这里环视镜头能够拍摄得到全景的环视图像，但环视图像中的大视角会导致拍摄得到的环视图像中产生畸变，通常情况下，对于环视镜头，越是靠近视场边缘的地方畸变越大，就像是被压缩的感觉，而镜头中心的畸变是比较小的，因此，在展开环视镜头拍摄得到的环视图像时，镜头中心的拉伸程度要比较小，然后越靠近边缘拉伸程度越大。
其中，限制视场范围至少包括预先在环视镜头上设置圆形遮挡或调整环视镜头的拍摄视角至纯色背景，这里圆形遮挡可以将环视镜头的拍摄视角限制在圆形内，使得拍摄得到环视图像呈现为环形，以便于在环视图像中提取得到圆形，这里调整环视镜头的拍摄视角至纯色背景可以是将环视镜头的拍摄方向调整到天花板、地面、白色墙面等纯色背景。
由于在展开环视镜头拍摄得到的环视图像过程中需要使用环视镜头的中心点坐标，即环视图像在图像坐标系的中心点坐标，而环视图像在图像坐标系的中心点坐标不能直接获取到，这里可以在环视镜头的设计上遮挡住视场角里不需要的部分，此时图像呈现为环形，这个环形由两个同心圆构成，同心圆的圆心和环视图像在图像坐标系的中心点坐标理论上应该是同一个位置，具体可以在环视镜头上设计圆形遮挡来作为环视镜头中设定的内外半径，根据环视镜头上设定的内外半径，建立内外半径上像素点到环视图像在图像坐标系的中心点坐标之间的距离等式，通过求解距离等式确定环视图像在图像坐标系的中心点坐标。例如，环视图像中像素点A为环视镜头中设定内径上像素点，环视图像中像素点B为环视镜头中设定外径上像素点，使用像素点A坐标和内径大小可建立求解环视图像在图像坐标系的中心点坐标的一个方程式，使用像素点B坐标和外径大小可建立求解环视图像在图像坐标系的中心点坐标的另一个方程式，使用两个方程式可求解得到环视图像在图像坐标系的中心点坐标。
102、建立使用环视镜头拍摄对应的图像坐标系，根据所述环视图像在图像坐标系的中心点坐标将所述图像坐标系转换至镜头模型的坐标系。
可以理解的是，由于图像坐标系只能代表像素点的行数和列数，而像素点在环视图像中的位置并没有用物理单位表示出来，所以，还需要建立以物理单位表示的镜头模型的坐标系。进一步在确定环视图像在图像坐标系的中心点坐标之后，这里可通过uOv平面直角坐标系建立环视镜头拍摄对应的图像坐标系，在uOv平面直角坐标系中，左上角坐标点是(0,0)，u轴水平指向右，v轴竖直指向下，镜头模型的坐标系是一个三维坐标系，在三维坐标系中环视图像中任一像素点坐标是(x,y,z)，且每一个像素点到镜头模型中心点的距离相等，满足x+y+z＝r。
具体可以将环视图像在图像坐标系的中心点坐标作为参考点，对环视图像中的像素点坐标进行平移，并填补上第三个维度的坐标，构建像素点坐标在图像坐标系与镜头模型的坐标系之间的坐标映射关系，进而使用坐标映射关系将图像坐标系转换至镜头模型的坐标系。
103、使用所述镜头模型的坐标系将所述环视图像中的像素点展开至图像坐标系中，得到展开的环视图像。
可以理解的是，相关技术在针对环视镜头进行畸变校正后的效果如图2所示，图2中经过畸变校正后环视图像的曲线被全部拉直，但是环视镜头的视角是从下方往上观察，而不是环视镜头对应的观察视角，这里需要将环视镜头横向展开，展开之后进行局部去除畸变，保证畸变校正后环视图像对应观察视角为水平环绕一周。
由于环视图像可获取环绕一周的图像信息，在环视图像中产生的畸变需要相应环视的视角下才能够准确校正，这里可以将环视图像进行展开，展开后的环视图像表现为环视的视角，进一步在展开的环视图像中进行畸变校正，从而提升环视图像的畸变校正效果。
具体在将环视图像中的像素点展开至图像坐标系的过程中，可根据环视图像中任一像素点到环视镜头的中心点连线分别与水平面的夹角和u轴的夹角，建立参数方程，在参数方程中环视图像中任一像素点坐标可通过环视图像在图像坐标系的中心点坐进行转换得到。
104、针对所述展开的环视图像不同类型的线条建立畸变映射关系，利用所述畸变映射关系对环视镜头进行局部畸变校正。
可以理解的是，受到图像中的畸变影响，展开的环视图像中包含了不同类型的线条，例如，直线类型的线条和受到畸变被掰弯曲类型的线条，可以将被掰弯曲类型的线条拟合成抛物线，针对直线类型的线条与抛物线类型的线条建立畸变映射关系，通过畸变映射关系可实现环视镜头的局部畸变校正。
具体地，可先从展开的环视图像中提取受到畸变被掰弯曲类型的线条，提取弯曲类型的线条上的点，进一步将弯曲类型的线条上的点拟合为抛物线上的点，建立直线类型的线条与抛物线类型的线条之间的畸变映射关系，然后针对抛物线中系数取均值作为畸变模型，进而使用畸变模型对环视镜头进行局部畸变校正。
本申请实施例提供的环视镜头的畸变校正方法，与目前现有技术通过模拟直线弯曲过程来对环视图像中产生畸变的曲线进行畸变校正的方式相比，本申请通过获取环视镜头在限制视场范围时所拍摄得到的环视图像，在环视图像中提取得到圆形，使用圆形确定环视图像在图像坐标系的中心点坐标，建立使用环视镜头拍摄对应的图像坐标系，根据环视图像在图像坐标系的中心点坐标将图像坐标系转换至镜头模型的坐标系，使用镜头模型的坐标系将环视图像中的像素点展开至图像坐标系中，得到展开的环视图像，针对展开的环视图像建立图像中不同类型线条之间的畸变映射关系，利用畸变映射关系对环视镜头进行局部畸变校正。整个过程针对环视图像进行横向展开，以使得展开的环视图像对应视角为水平环绕一周，并对展开后的环视图像进行局部畸变校正，能够将产生畸变的弯曲线条映射为真实的直线，保证畸变校正后环视图像的视角能够准确对接到环视镜头的视角，提升环视镜头的畸变校正效果。
作为本实施例中一种实现方式，具体地，在获取环视镜头拍摄得到的环视图像，利用环视镜头中设定的内外半径确定环视图像在图像坐标系的中心点坐标的过程中，如图3所示，步骤101可以包括：
201、预先在环视镜头上设置圆形遮挡，使用带有圆形遮挡的环视镜头拍摄得到环视图像。
202、利用所述环视图像中呈现的环形确定环视镜头的内外半径，使用所述环视镜头的内外半径将所述环视图像拟合为圆形。
203、根据拟合得到的圆形确定环视图像在图像坐标系的中心点坐标。
其中，圆形遮挡可以为圆筒形的遮挡物，这里可使用圆筒形状的遮挡物罩住镜头，以使得环视图像呈现为环形，环形由两个同心圆构成，同心圆的圆心和环视镜头中心在相同位置，均为环视图像中呈现的圆心坐标。
可以理解的是，由于环视镜头中内容杂乱，对提取环视镜头的同心圆会造成无法估计的影响，也无法通过简单滤波解决，需要通过外部设备来辅助。这是通过圆筒形状的遮挡物可以获取到环视镜头设定的内外半径，设定的外半径即为圆筒形状的遮挡物对应的半径，设定的内半径为环视镜头可视范围的半径，进一步利用设定的内外半径将环视图像拟合为圆形。
具体在根据圆形遮挡确定环视镜头设定的内外半径，利用所述设定的内外半径将环视图像拟合为圆形的过程中，可以根据环视图像，从被圆形遮挡的同心圆画面中提取环视镜头的内外半径，然后使用环视镜头的内外半径对同心圆画面进行阈值处理，提取同心圆画面的边缘，将同心圆画面的边缘拟合为圆形。这里在拟合过程中，可使用最小二乘法拟合、几何拟合以及RANSAC拟合等中任一种方式。
可以理解的是，由于圆形表达式为(x-x0)2+y-y0)2＝r2，其中，(x,y)为环视图像中任一像素点坐标，(x0,y0)为环视图像在镜头模型的坐标系的中心坐标点，这里结合像素点坐标点和像素点到环视镜头中心的距离，可获取到环视图像在镜头模型的坐标系对应的中心坐标点。
具体在根据拟合得到的圆形确定环视图像在图像坐标系的中心点坐标过程中，可以针对拟合得到的圆形，使用圆形表达式提取圆形的中心点坐标，将圆形的中心点坐标确定为环视图像在图像坐标系的中心点坐标。
作为本实施例中一种实现方式，具体地，在建立使用环视镜头拍摄对应的图像坐标系，根据环视图像在图像坐标系的中心点坐标将所述图像坐标系转换至镜头模型的坐标系的过程中，如图4所示，步骤102可以包括：
301、以环视图像中左上角坐标为原点建立使用环视镜头拍摄对应的图像坐标系，沿着所述原点水平向右作为图像坐标系的横向坐标轴，沿着所述原点垂直向下为图像坐标系纵向坐标轴。
302、根据所述环视图像在图像坐标系的中心点坐标对所述环视图像中像素点的坐标进行平移，将所述图像坐标系转换至镜头模型的坐标系。
可以理解的是，考虑到环视图像中每个像素点(x,y,z)到环视镜头的中心点的距离相等，具体在根据环视图像在图像坐标系的中心点坐标对环视图像中像素点的坐标进行平移，将图像坐标系转换至镜头模型的坐标系过程中，可以根据环视图像在图像坐标系的中心点坐标，计算环视图像中任一像素点的坐标，以任一像素点的坐标到环视图像在图像坐标系的中心点坐标之间的满足距离相等为条件，对环视图像中像素点的坐标进行平移，在平移的过程中填补像素点在第三个坐标轴上的坐标，将图像坐标系转换至镜头模型的坐标系。
在实际应用场景中，针对环视图像中任一像素点的坐标(u,v)进行平移，并在平移的过程中并补上第三个坐标轴上的坐标z，进而图像坐标系转换至镜头模型的坐标系，具体图像坐标系转换与镜头模型的坐标系之间的映射关系如图5所示，在图5的镜头模型的坐标系中，每个轴向坐标xyz需满足如下公式：
x＝u-u0
y＝v-v0
其中，(u0,v0)为环视图像在图像坐标系的中心点坐标，(x,y,z)为环视图像中每个像素点。
在本实施例中，具体地，在使用镜头模型的坐标系将环视图像中的像素点展开至图像坐标系中，得到展开的环视图像的过程中，如图6所示，步骤103可以包括：
401、使用所述镜头模型的坐标系，将所述环视图像中任一像素点到环视图像在图像坐标系的中心点坐标形成连线，计算所述连线与水平面对应的第一夹角和所述连线与u轴对应的第二夹角。
402、利用所述第一夹角和所述第二夹角建立图像坐标系的参数方程，根据所述图像坐标系的参数方程将所述环视图像中的像素点展开至图像坐标系中，得到展开的环视图像，以使得展开的环视图像对应视角为水平环绕一周。
在镜头模型的坐标系中，如图7所示，图7中的坐标点(u、v)是环视图像中任一像素点，环视图像中任一像素点(u、v)到环视镜头中心点形成的连线l，连线l与水平面对应的第一夹角为θ，连线l与u轴对应的第二夹角为μ，建立图像坐标系的参数方程如下：
u＝l·cosθ·sinμ+u0
v＝l·cosθ·cosμ+v0
其中，
可以理解的是，受到图像畸变影响，在展开的环视图像中，原本真实世界下笔直的线条会变得弯曲，需要针对展开的环视图像进行畸变校正。
在本实施例中，具体地，在针对展开的环视图像建立图像中不同类型线条之间的畸变映射关系，利用畸变映射关系对环视镜头进行局部畸变校正的过程中，如图8所示，步骤104可以包括：
501、针对所述展开的环视图像，提取环视图像中弯曲类型的线条。
502、将所述弯曲类型的线条拟合成抛物线，使用拟合系数均值建立图像中弯曲类型的线条与直线类型的线条之间的畸变映射关系。
503、利用所述畸变映射关系将环视图像中产生畸变的线条进行局部畸变校正。
具体展开的环视图像中，畸变效果的线条可使用抛物线模型(二次函数)进行逼近，这里可以通过提取出环视图像中弯曲类型的线条，然后将弯曲类型的线条拟合成抛物线，就可以建立畸变效果的线条与正常线条之间的畸变映射关系，进一步通过畸变映射关系实现畸变校正的效果。
具体在提取环视图像中弯曲类型的线条过程中，可以针对环视图像进行特征点检测，这里特征点可使用标定板来检测，若选择标定板为棋盘格，则特征点为棋盘格角点，若选择标定板为圆点网格，则特征点为相应圆点。进一步针对环视图像中特征点所形成线条进行横向直线度校验，若横向直线度小于预设数值，那么则确定特征点所形成线条为弯曲类型的线条，若横向直线度大于设定数值，则确定特征点所形成线条为直线类型的线条。
示例性的，选择棋盘格作为标定板，此时棋盘格的角点作为直线上的点，将棋盘格的角点每一横向作为一组，对每组直线拟合抛物线，使用拟合系数均值建立畸变映射关系为y’＝y0+a*(x–x0)2，为(x0,,y0)抛物线的顶点坐标。对于一条水平的直线，y’＝y0就是与y轴平行的直线，经过畸变映射后，这条直线变成抛物线y’＝y0+a*(x–x0)2。计算得到的拟合系数如下：
1.00091e-05，2.06422e-05，2.92214e-05
3.29851e-05，4.74361e-05，5.02388e-05
6.03669e-05，7.13389e-05，7.68861e-05
8.02381e-05，8.43641e-05
进一步计算得到拟合系数均值5.12479e-05，使用拟合系数均值建立畸变映射关系为y’＝y0+5.12479e-05×(x-1047)2。
应说明的是，环视图像中可能存在上下方畸变校正程度不一致的问题，还可记录不同拟合系数a对应的水平常量值y0，绘制不同拟合系数系数a与相应水平常量值y0的线性关系，该线性关系满足y0＝k×a+b，进一步拟合a和y0的一次函数，求解得到y0＝-3388363.789138092×a+422.086789699276，建立新的畸变映射关系有：
进一步的，基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种环视镜头的畸变校正装置，如图9所示，所述装置包括：获取单元61、建立单元62、展开单元63、校正单元64。
获取单元61，用于获取环视镜头在限制视场范围时所拍摄得到的环视图像，在所述环视图像中提取得到圆形，使用所述圆形确定环视图像在图像坐标系的中心点坐标；
建立单元62，用于根据所述环视图像在图像坐标系的中心点坐标建立使用环视镜头拍摄对应的图像坐标系，将所述图像坐标系转换至镜头模型的坐标系；
展开单元63，用于使用所述镜头模型的坐标系将所述环视图像中每个像素点展开至图像坐标系中，得到展开的环视图像；
校正单元64，用于针对所述展开的环视图像建立图像中不同类型线条之间的映射关系，利用所述映射关系对环视镜头进行局部畸变校正。
本发明实施例提供的环视镜头的畸变校正装置，与目前现有技术通过模拟直线弯曲过程来对环视图像中产生畸变的曲线进行畸变校正的方式相比，本申请通过获取环视镜头在限制视场范围时所拍摄得到的环视图像，在环视图像中提取得到圆形，使用圆形确定环视图像在图像坐标系的中心点坐标，建立使用环视镜头拍摄对应的图像坐标系，根据环视图像在图像坐标系的中心点坐标将图像坐标系转换至镜头模型的坐标系，使用镜头模型的坐标系将环视图像中的像素点展开至图像坐标系中，得到展开的环视图像，针对展开的环视图像建立图像中不同类型线条之间的畸变映射关系，利用畸变映射关系对环视镜头进行局部畸变校正，整个过程针对环视图像进行横向展开，以使得展开的环视图像对应视角为水平环绕一周，并对展开后的环视图像进行局部畸变校正，能够将产生畸变的弯曲线条映射为真实的直线，保证畸变校正后环视图像的视角能够准确对接到环视镜头的视角，提升环视镜头的畸变校正效果。
在具体的应用场景中，所述限制视场范围至少包括预先在环视镜头上设置圆形遮挡或调整环视镜头的拍摄视角至纯色背景。
在具体的应用场景中，所述获取单元61包括：
拍摄模块，用于预先在环视镜头上设置圆形遮挡，使用带有圆形遮挡的环视镜头拍摄得到环视图像，所述环视图像呈现为环形，所述环形由两个同心圆构成，所述同心圆的圆心和环视镜头中心在相同位置，均为所述环视图像中呈现的圆心坐标；
拟合模块，用于利用所述环视图像中呈现的环形确定环视镜头的内外半径，使用所述环视镜头的内外半径将所述环视图像拟合为圆形；
确定模块，用于根据拟合得到的圆形确定环视图像在图像坐标系的中心点坐标。
在具体的应用场景中，所述拟合模块，具体用于利用所述环视图像中呈现的环形，从被圆形遮挡的同心圆画面中提取所述环视镜头的内外半径；使用所述环视镜头的内外半径对所述同心圆画面进行阈值处理，提取所述同心圆画面的边缘，将所述同心圆画面的边缘拟合为圆形。
在具体的应用场景中，所述确定模块，具体用于针对拟合得到的圆形，使用圆形表达式提取圆形的中心点坐标；将所述圆形的中心点坐标确定为环视图像在图像坐标系的中心点坐标。
在具体的应用场景中，所述建立单元62包括：
建立模块，用于以环视图像中左上角坐标为原点建立使用环视镜头拍摄对应的图像坐标系，沿着所述原点水平向右作为图像坐标系的横向坐标轴，沿着所述原点垂直向下为图像坐标系纵向坐标轴；
转换模块，用于根据所述环视图像在图像坐标系的中心点坐标对所述环视图像中像素点的坐标进行平移，将所述图像坐标系转换至镜头模型的坐标系。
在具体的应用场景中，所述转换模块，用于根据所述环视图像在图像坐标系的中心点坐标，计算所述环视图像中任一像素点的坐标；以任一像素点的坐标到环视图像在图像坐标系的中心点坐标之间的满足距离相等为条件，对所述环视图像中像素点的坐标进行平移，在平移的过程中填补所述像素点在第三个坐标轴上的坐标，将所述图像坐标系转换至镜头模型的坐标系。
在具体的应用场景中，所述展开单元63，具体用于使用所述镜头模型的坐标系，将所述环视图像中任一像素点到环视图像在图像坐标系的中心点坐标形成连线，计算所述连线与水平面对应的第一夹角和所述连线与u轴对应的第二夹角；利用所述第一夹角和所述第二夹角建立图像坐标系的参数方程，根据所述图像坐标系的参数方程将所述环视图像中的像素点展开至图像坐标系中，得到展开的环视图像，以使得展开的环视图像对应视角为水平环绕一周。
在具体的应用场景中，所述校正单元64，具体用于针对所述展开的环视图像，提取环视图像中弯曲类型的线条；将所述弯曲类型的线条拟合成抛物线，使用拟合系数均值建立图像中弯曲类型的线条与直线类型的线条之间的畸变映射关系；利用所述畸变映射关系将环视图像中产生畸变的线条进行局部畸变校正。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有计算机程序，其中，计算机程序被设置为运行时执行上述任意一个实施例的环视镜头的畸变校正方法。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，上述描述的系统、装置、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，为简洁起见，在此不另赘述。
以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：在本申请的精神和原则之内，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部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脱离本申请的保护范围。
Claims (13)
1.一种环视镜头的畸变校正方法，其特征在于，所述方法包括：
获取环视镜头在限制视场范围时所拍摄得到的环视图像，在所述环视图像中提取得到圆形，使用所述圆形确定环视图像在图像坐标系的中心点坐标；
建立使用环视镜头拍摄对应的图像坐标系，根据所述环视图像在图像坐标系的中心点坐标将所述图像坐标系转换至镜头模型的坐标系；
使用所述镜头模型的坐标系将所述环视图像中的像素点展开至图像坐标系中，得到展开的环视图像；
针对所述展开的环视图像不同类型的线条建立畸变映射关系，利用所述畸变映射关系对环视镜头进行局部畸变校正，包括：针对所述展开的环视图像，提取环视图像中弯曲类型的线条；将所述弯曲类型的线条拟合成抛物线，使用拟合系数均值建立图像中弯曲类型的线条与直线类型的线条之间的畸变映射关系；利用所述畸变映射关系将环视图像中产生畸变的线条进行局部畸变校正；具体针对环视图像进行横向展开，以使得展开的环视图像对应视角为水平环绕一周，并对展开后的环视图像进行局部畸变校正，以将产生畸变的弯曲线条映射为真实的直线，使得畸变校正后环视图像的视角对接到环视镜头的视角。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述限制视场范围至少包括预先在环视镜头上设置圆形遮挡或调整环视镜头的拍摄视角至纯色背景。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取环视镜头在限制视场范围时所拍摄得到的环视图像，在所述环视图像中提取得到圆形，使用所述圆形确定环视图像在图像坐标系的中心点坐标，包括：
预先在环视镜头上设置圆形遮挡来限制视场范围，使用带有圆形遮挡的环视镜头拍摄得到环视图像，所述环视图像呈现为环形，所述环形由两个同心圆构成，所述同心圆的圆心和环视镜头中心在相同位置，均为所述环视图像中呈现的圆心坐标；
利用所述环视图像中呈现的环形确定环视镜头的内外半径，使用所述环视镜头的内外半径将所述环视图像拟合为圆形；
根据拟合得到的圆形确定环视图像在图像坐标系的中心点坐标。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述利用所述环视图像中呈现的环形确定环视镜头的内外半径，使用所述环视镜头的内外半径将所述环视图像拟合为圆形，包括：
利用所述环视图像中呈现的环形，从被圆形遮挡的同心圆画面中提取所述环视镜头的内外半径；
使用所述环视镜头的内外半径对所述同心圆画面进行阈值处理，提取所述同心圆画面的边缘，将所述同心圆画面的边缘拟合为圆形。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据拟合得到的圆形确定环视图像在图像坐标系的中心点坐标，包括：
针对拟合得到的圆形，使用圆形表达式提取圆形的中心点坐标；
将所述圆形的中心点坐标确定为环视图像在图像坐标系的中心点坐标。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立使用环视镜头拍摄对应的图像坐标系，根据所述环视图像在图像坐标系的中心点坐标将所述图像坐标系转换至镜头模型的坐标系，包括：
以环视图像中左上角坐标为原点建立使用环视镜头拍摄对应的图像坐标系，沿着所述原点水平向右作为图像坐标系的横向坐标轴，沿着所述原点垂直向下为图像坐标系纵向坐标轴；
根据所述环视图像在图像坐标系的中心点坐标对所述环视图像中像素点的坐标进行平移，将所述图像坐标系转换至镜头模型的坐标系。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述环视图像在图像坐标系的中心点坐标对所述环视图像中像素点的坐标进行平移，将所述图像坐标系转换至镜头模型的坐标系，包括：
根据所述环视图像在图像坐标系的中心点坐标，计算所述环视图像中任一像素点的坐标；
以任一像素点的坐标到环视图像在图像坐标系的中心点坐标之间的满足距离相等为条件，对所述环视图像中像素点的坐标进行平移，在平移的过程中填补所述像素点在第三个坐标轴上的坐标，将所述图像坐标系转换至镜头模型的坐标系。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述使用所述镜头模型的坐标系将所述环视图像中的像素点展开至图像坐标系中，得到展开的环视图像，包括：
使用所述镜头模型的坐标系，将所述环视图像中任一像素点到环视图像在图像坐标系的中心点坐标形成连线，计算所述连线与水平面对应的第一夹角和所述连线与u轴对应的第二夹角，其中，在uOv平面直角坐标系中，u轴水平指向右，v轴竖直指向下；
利用所述第一夹角和所述第二夹角建立图像坐标系的参数方程，根据所述图像坐标系的参数方程将所述环视图像中的像素点展开至图像坐标系中，得到展开的环视图像，以使得展开的环视图像对应视角为水平环绕一周。
9.一种环视镜头的畸变校正装置，其特征在于，所述装置包括：
获取单元，用于获取环视镜头在限制视场范围时所拍摄得到的环视图像，在所述环视图像中提取得到圆形，使用所述圆形确定环视图像在图像坐标系的中心点坐标；
建立单元，用于根据所述环视图像在图像坐标系的中心点坐标建立使用环视镜头拍摄对应的图像坐标系，将所述图像坐标系转换至镜头模型的坐标系；
展开单元，用于使用所述镜头模型的坐标系将所述环视图像中每个像素点展开至图像坐标系中，得到展开的环视图像；
校正单元，用于针对所述展开的环视图像建立图像中不同类型线条之间的映射关系，利用所述映射关系对环视镜头进行局部畸变校正，包括：针对所述展开的环视图像，提取环视图像中弯曲类型的线条；将所述弯曲类型的线条拟合成抛物线，使用拟合系数均值建立图像中弯曲类型的线条与直线类型的线条之间的畸变映射关系；利用所述畸变映射关系将环视图像中产生畸变的线条进行局部畸变校正；具体针对环视图像进行横向展开，以使得展开的环视图像对应视角为水平环绕一周，并对展开后的环视图像进行局部畸变校正，以将产生畸变的弯曲线条映射为真实的直线，使得畸变校正后环视图像的视角对接到环视镜头的视角。
10.一种摄像设备，包括环视镜头、畸变校正模块，其特征在于，所述畸变校正模块具体在对环视镜头进行畸变校正时执行上述如权利要求1-8中任一项所述的环视镜头的畸变校正方法的步骤。
11.一种视频系统，包括摄像设备，其特征在于，所述摄像设备中包括畸变校正模块，所述畸变校正模块具体在对环视镜头进行畸变校正时执行上述如权利要求1-8中任一项所述的环视镜头的畸变校正方法的步骤。
12.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至8中任一项所述环视镜头的畸变校正方法的步骤。
13.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，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8中任一项所述环视镜头的畸变校正方法的步骤。
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| 鱼眼影像校正实践与比较;唐乐;《中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技辑》(第4期);I138-1206 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116245748A (zh) | 2023-06-09 |
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