DE60032457T2

DE60032457T2 - Softwarekorrektur der bildverzerrung in digitalen kameras

Info

Publication number: DE60032457T2
Application number: DE60032457T
Authority: DE
Inventors: William Palo Alto MACY; Oleg Cupertino RASHKOVSKIY
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 1999-01-21
Filing date: 2000-01-18
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2020-01-19
Also published as: EP1145568A1; DE60032457D1; JP2002535938A; WO2000044181A1; US6538691B1; KR20010101601A; AU2616700A; EP1145568B1; KR100425751B1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der digitalen Bildverarbeitung und im Besondern die Verzerrungskorrektur digitaler Bilder.
STAND DER TECHNIK
Digitalkameras werden für die Standbildfotografie und Videoaufnahmen eingesetzt, und die erfassten digitalen Bilder werden zu einer Bildanzeigevorrichtung übertragen, wie zum Beispiel zu einem Monitor. Aufgrund von Fehlern und natürlichen Einschränkungen der optischen Systeme von Kameras können die auf einem Monitor angezeigten digitalen Bilder geometrische Verzerrungen aufweisen. Geometrische Verzerrungen sind eine Klasse optischer Aberrationen, die auftreten, wenn sich das Objekt nicht auf der optischen Achse des Objektiv- bzw. Linsensystems der Kamera befindet. Geometrische Verzerrungen sind von dem Winkel abhängig, den ein auf der Linse auftreffender Strahl mit der optischen Achse bildet. Die Abbildung aus 1B veranschaulicht eine positive Verzerrung (auch als Kissenverzerrung bezeichnet) des Objekts aus der Abbildung aus 1A, während die Abbildung aus 1C eine negative Verzerrung des gleichen Objekts veranschaulicht (auch als Tonnenverzerrung bezeichnet).
Geometrische Verzerrungen können abgeschwächt werden, indem die Kamera mit einem komplexeren, hochwertigeren Objektiv- bzw. Linsensystem ausgerüstet wird. Der Einsatz einer hochwertigeren Linse kann jedoch Gewicht, Größe und Kosten der Kamera erheblich erhöhen.
Ein weiteres Verfahren für den Ausgleich geometrischer Verzerrungen in Bildern ist das Erzeugen von Magnetfeldern durch die Positionierung von Magneten oder Magnetspulen um den Bildschirm einer Bildanzeigevorrichtung.
Beide Lösungen erfordern die physikalische wie funktionale Veränderung bzw. Anpassung der Kamera oder der Anzeigevorrichtung, die für das Anzeigen der Bilder eingesetzt wird.
Das U.S. Patent US-A-5.276.519 offenbart eine Videobilderfassungsvorrichtung für die digitale Kompensation von durch ein optisches System eingeführten Fehlern. Die Vorrichtung weist einen Bildsensor zum Erfassen von Licht an einer Mehrzahl von Bildpositionen auf, das über das optische System empfangen wird, mit einer Bildspeichereinrichtung zum temporären Speichern der von dem Bildsensor abgeleiteten Pixel, und mit einer Adresserzeugungseinrichtung zum Anwenden unterschiedlicher Schreib- und Leseadressen auf den Bildspeicher, um eine Abbildung der Eingangspixel von dem Bildsensor zu bewirken, um Ausgangspixel bereitzustellen, um die Effekte von Fehlern des optischen Systems auszugleichen.
Das U.S. Patent US-A-5.465.121 offenbart ein System zum Kompensieren von Verzerrungen, die eine Folge der Projizierung einer Bildquelle auf eine Oberfläche sind, die nicht senkrecht zu einem Bildquellenprojektionssystem ist. Eine Datendatei einer Datenverarbeitungssystem-Bildquelle wird identifiziert, und ein Testmuster wird unter Verwendung einer visuellen Ausgabevorrichtung des Datenverarbeitungssystems angezeigt. Ein Benutzer bzw. Anwender kann einen Verzerrungskompensationsfaktor eingeben, und das angezeigte Testmuster wird unter Verwendung des Verzerrungskompensationsfaktors modifiziert. Nachdem ein finaler Verzerrungskompensationsfaktor durch den Benutzer ausgewählt worden ist, als Reaktion auf das Auftreten des modifizierten Testmusters, wird die Datendatei der Datenverarbeitungssystem-Bildquelle unter Verwendung des ausgewählten Verzerrungskompensationsfaktors modifiziert, wodurch die Projizierung einer Bildquelle auf eine Oberfläche verbessert wird, die nicht senkrecht zu dem Bildquellen-Projektionssystem ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Vorgesehen ist gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren gemäß dem gegenständlichen Anspruch 1.
Vorgesehen ist gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung gemäß dem gegenständlichen Anspruch 9.
Vorgesehen ist gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Computerprogramm gemäß dem gegenständlichen Anspruch 15.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden genauen Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen deutlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung ist beispielhaft und ohne einzuschränken in den beigefügten Abbildungen der Zeichnungen veranschaulicht. In den Zeichnungen zeigen:
1a ein Objekt, das durch ein rechteckiges Raster dargestellt ist;
1b eine Kissenverzerrung in einem rechteckigen Rasterbild;
1c eine Tonnenverzerrung in einem rechteckigen Rasterbild;
2 einen realen Bildpunkt und einen verzerrten Bildpunkt;
3 die Begrenzungen des verzerrten Kamerarasters, des Kamerarasters und des Anzeigefensters;
4 das Verfahren der Verzerrungskorrektur;
5 ein Flussdiagramm des Verfahrens der Verzerrungskorrektur; und
6 ein Blockdiagramm eines Verarbeitungssystems, das eingesetzt werden kann, um Verarbeitungsoperationen auszuführen, die in Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen.
GENAUE BESCHREIBUNG
Offenbart werden ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Korrektur geometrischer Verzerrungen in digitalen Bildern. In der folgenden Beschreibung sind zahlreiche besondere Einzelheiten ausgeführt, wie zum Beispiel bestimmte Rechenverfahren, Gleichungen, Parameter, etc., um ein umfassendes Verständnis der vorliegenden Erfindung zu vermitteln. Für den Fachmann auf dem Gebiet ist es jedoch ersichtlich, dass diese spezifischen Einzelheiten nicht unbedingt erforderlich sein müssen, um die vorliegende Erfindung auszuführen. In anderen Fällen wurde auf die genaue Beschreibung allgemein bekannter Verfahrensschritte verzichtet, um die vorliegende Erfindung nicht unnötig zu verschleiern.
Wenn Bilder auf einer Digitalkamera erfasst werden, können sie durch die Objektposition im Verhältnis zu der optischen Achse der Kamera verzerrt werden. Die Abbildung aus 2 veranschaulicht einen einfallenden Strahl, der von einem achsenversetzten Objekt kommt und durch ein Linsen- bzw. Objektivsystem verläuft bzw. tritt. Zur Bestimmung der Position des verzerrten Bilds wird eine Strahlenverfolgung eines einfallenden Strahls vorgenommen, der von einem achsenversetzten Objektpunkt austritt. Der Punkt P_d ist der verzerrte Punkt, und der Punkt P₀ ist die korrekte Position des erfassten Objektpunkts, wenn keine Verzerrung gegeben ist. Der Abstand r₀ wird als der Abstand von dem Punkt P₀ zu der optischen Achse des Objektivsystems bestimmt, und r_d ist der Abstand von dem unverzerrten Punkt P_d zu der optischen Achse des Systems. Die Abweichung von dem idealen Punkt P₀ zu dem verzerrten Punkt P_d ist der Abstand Δr. Die Position des verzerrten Punkts P_d wird durch die Gleichung (1) bestimmt. rd = r0 + Δr = r0 + Cr0 3 (1)
Der Parameter C stellt ein Verzerrungskorrekturfaktormerkmal der verwendeten Kamera dar. Bei einer Tonnenverzerrung nimmt der Parameter C einen negativen Wert an, während bei einer Kissenverzerrung der Parameter C einen positiven Wert annimmt.
Der Wert des Parameters C einer Kamera kann unter Verwendung des folgenden Kamerakalibrierungsverfahrens ermittelt werden: der Benutzer kann ein Testmuster auswählen, wie etwa ein Rechteck oder ein Raster, wobei das Testmuster danach in der Kamera erfasst wird; das erfasste Testbild kann auf einer Bildanzeigevorrichtung wie etwa einem Monitor angezeigt werden; der Benutzer kann danach den Parameter C manuell anpassen, bis das angezeigte Bild ohne angezeigte geometrische Verzerrungen erscheint, d.h. gekrümmte Linien (diese sollten ohne Verzerrung gerade sein) erscheinen gerade. Der Parameter C kann manuell angepasst werden, wie zum Beispiel unter Verwendung eines in Software implementierten Tools, wie etwa einer Laufleiste. In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird der Parameter C angepasst, indem eine Ecke des Testbilds radial aus der Mitte des Bilds gezogen wird, wobei diese Operation auch die Positionen aller anderen Ecken des Bilds verändert, so dass die Kontur des Bilds verformt wird, wobei der Inhalt des Bilds jedoch berichtigt wird.
Es existiert ein direktes Verhältnis zwischen dem Grad der Verzerrung des Bilds und dem Parameter C. Die Größe des Parameters C ist von dem Einfallwinkel zwischen dem Objekt und der optischen Achse des Objektivsystems abhängig. Ein großer Einfallwinkel entspricht einem hohen Grad der Verzerrung und folglich einem hohen Absolutwert des Parameters C.
Im Allgemeinen verändert sich der Parameter C für eine bestimmte Kamera nicht. Es ist ausreichend, dass der Parameter C nur einmal für eine bestimmte Kamera bestimmt wird. Dabei kann der Parameter C während der Entwicklung einer bestimmten Kamera in den Fertigungsstätten bestimmt werden, so dass ein Benutzer das Verfahren zur Kamerakalibrierung als optional empfinden kann.
Digitalkameras sammeln Licht mit Sensoren, und der Inhalt dieser Sensoren wird auf einem rechteckigen Raster gespeichert. Ähnlich wie bei einem Computermonitor sind die Intensitätswerte der Pixel an diskreten Punkten des Kamerarasters bekannt, die das Bild beschreiben. Die Korrektur der digitalen Bilder wird durch die Ähnlichkeit zwischen dem Kameraraster und einem Monitorraster erleichtert. Die Ähnlichkeit ermöglicht das Verfahren der Abbildung der Werte der diskreten Pixel des Monitorrasters auf diskrete Punkte des Kamerarasters oder vice versa. Hiermit wird festgestellt, dass es der Abbildungsprozess nicht voraussetzt, dass die Anzahl der Monitorpixel der Anzahl der Kamerapunkte entspricht.
Die vorliegende Erfindung berichtigt die geometrische Verzerrung unter Verwendung der folgenden Stufen: erstens wird das Kameraraster verzerrt, um ein korrigiertes (verzerrungsfreies) Bild zu erreichen, anders ausgedrückt verformt sich die Kontur das Bilds, während der Inhalt des Bilds berichtigt wird; zweitens werden die Monitorrasterpixel auf die Kamerarasterpunkte abgebildet. Obwohl auch der umgekehrte Prozess bewirkt werden kann, bei dem es sich um die Abbildung der verzerrten Kamerarasterpunkte auf die Monitorrasterpixel handelt, umfasst dieser einen deutlich komplizierteren Rechenalgorithmus, da die Kamerarasterpunkt nicht mit einheitlichen Zwischenabständen angeordnet sind, wenn das Kameraraster verzerrt wird. Die Komplexität der Berechnung erhöht sich, wenn es erforderlich ist, die Position eines Monitorpunkts in einem Kameraraster zu finden, das keine einheitlichen bzw. gleichmäßigen Zwischenabstände aufweist.
Die Abbildung aus 3 veranschaulicht das rechteckige Kameraraster 16, das das verzerrte Bild aufweist, das verzerrte Kameraraster 14, das das korrigierte Bild aufweist, und das Monitorfenster 18. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel stellt das Monitorfenster 18 das maximale Anzeigefenster dar, das innerhalb der Begrenzungen des verzerrten Kamerarasters 14 platziert werden kann. Vier Kartesische Koordinaten für das Kameraraster 16 werden ausgewählt: X_d ^e, –X_d ^e, Y_d ^e und –Y_d ^e. Diese Größen stellen den Abstand zwischen dem Ursprung des Koordinatensystems und den entsprechenden linken, rechten, oberen und unteren Rändern des Kamerarasters 16 dar. Der obere Index „e" bezeichnet die Ränder des Kamerarasters, während der untere Index „d" die verzerrten Punkte in dem Kameraraster 16 bezeichnet. In ähnlicher Weise lauten die vier Koordinaten in dem Monitorraster: X₀ ^L, X₀ ^R, Y₀ ^T und Y₀ ^B. Diese Größen stellen den Abstand zwischen der optischen Achse des Systems und den linken, rechten, oberen und unteren Begrenzungen des Monitorrasters dar.
Die optische Achse verläuft durch den Punkt (O_x, O_y) des erfassten Bilds. Im Gegensatz dazu fällt der Ursprung des Koordinatensystems mit der Mitte des Kamerarasters und der Mitte des erfassten Bilds zusammen. Wenn die Verzerrung um die Mitte des Kamerabilds symmetrisch ist, so ist der Punkt (O_x, O_y) die Mitte des Koordinatensystems, und die optische Achse fällt mit dem Ursprung des Koordinatensystems zusammen. Somit sind die Begrenzungen des Kamerarechtecks immer symmetrisch um das Koordinatensystem, wobei die Begrenzungen des Monitorrechtecks hingegen nicht symmetrisch um das Koordinatensystem sind, wenn die optische Achse nicht durch den Ursprung des Koordinatensystems verläuft.
Da die vier Koordinaten des Kamerarasters bekannt sind, können die Begrenzungen X₀ ^L, X₀ ^R, Y₀ ^T und Y₀ ^B des maximalen Anzeigefensters 18 unter Verwendung von Gleichung (1) ermittelt werden.
Die Größe von X₀ ^L wird bestimmt, indem r_d durch –X_d ^e und r₀ durch (X₀ ^L – O_x) in Gleichung (1) ersetzt werden, was zu Gleichung (2a) führt. –Xd e = (X0 L – Ox) + C(X0 L – Ox)3 (2a)
In ähnlicher Weise wird die Größe von X₀ ^R bestimmt, indem r_d durch X_d ^e und r₀ durch (X₀ ^R – O_x) in Gleichung (1) ersetzt werden, was zu Gleichung (2b) führt. Xd e = (X0 R – Ox) + C(X0 R – Ox)3 (2b)
Die Größe von Y₀ ^T wird bestimmt, indem r_d durch Y_d ^e und r₀ durch (Y₀ ^T – O_y) in Gleichung (1) ersetzt werden, was zu Gleichung (2c) führt. Yd e = (Y0 T – Oy) + C(Y0 T – Oy)3 (2c)
Die Größe von Y₀ ^B wird bestimmt, indem r_d durch –Y_d ^e und r₀ durch (Y₀ ^B – O_y) in Gleichung (1) ersetzt werden, was zu Gleichung (2d) führt. –Yd e = (Y0 B – Oy) + C(Y0 B – Oy)3 (2d)
Die Gleichunen (2a) bis (2d) werden unter Verwendung einer numerischen oder einer analytischen Technik gelöst, um die Größen X₀ ^L, X₀ ^R, Y₀ ^T und Y₀ ^B zu erhalten.
Die Abszissen X₀ des Monitorrasters weisen gleichmäßige Zwischenabstände auf zwischen den berechneten Werten von X₀ ^L und X₀ ^R, während die Ordinaten Y₀ des Monitorrasters gleichmäßige Zwischenabstände zwischen den berechneten Werten von Y₀ ^T und Y₀ ^B aufweisen.
Nachdem die diskreten Punkte (X₀, Y₀) des maximalen Anzeigefensters bestimmt worden sind, wurde das berichtigte Bild des verzerrten Kamerarasters wiederhergestellt durch die Abbildung der mit gleichmäßigen Abständen angeordneten Monitorrasterpunkte auf die unbekannten Kamerarasterpunkte (X_d, Y_d) des ursprünglichen Bilds, wobei die Intensitätswerte bekannt sind. Auf der Basis des Verzerrungskorrekturfaktors wird eine entsprechende Position in dem Kameraraster für jedes Pixel in einem Anzeigefenster identifiziert.
Wenn angenommen wird, dass die Verzerrung von der optischen Achse radial verläuft, so liegen die Punkte (X₀, Y₀), (X_d, Y_d) und (O_x, O_y) alle auf der gleichen Linie. In Bezug auf die Abbildung aus 4 stellt r₀ den Abstand zwischen der optischen Achse und einem ausgewählten Punkt P₀ in dem Anzeigefenster DW dar. Der Punkt P_d ist die entsprechend angepasste Position in dem Kameraraster CG des Punkts P₀ nach der Berichtigung des Bilds. Das Segment r_d in dem Kameraraster CG stellt die gleiche Position von P₀ dar, wenn keine Verzerrung gegeben ist, d.h. der Parameter C ist gleich Null. Die Größe Δr ist der Verschiebungsvektor, der verwendet wird, um den Punkt P₁ auf der Basis des Verzerrungskorrekturfaktors an eine Position P_d zu versetzen. Die Anordnung der Punkte auf dem Kameraraster (X_d, Y_d) kann bestimmt werden durch Berechnung für jeden Punkt (X₀, Y₀) das Anzeigefenster DW, das dem Verschiebungsvektor Δr entspricht, wobei der Anzeigefensterpunkt an eine Position P_d in dem Kameraraster versetzt wird, auf der Basis des Wertes des Verschiebungsvektors und Interpolation zwischen Pixeln, die P_d umgeben, um einen Pixelintensitätswert für die Anzeige an dem Punkt (X₀, Y₀) in dem Anzeigefenster zu bestimmen.
Demgemäß kann die Anordnung der Punkte (X_d, Y_d) unter Verwendung der Gleichung einer Linie und Gleichung (1) bestimmt werden. Unter Verwendung der Gleichung einer Linie bzw. ersten Grades können X_d und Y_d unter Verwendung der folgenden Beziehung ausgedrückt werden: Yd = mXd + b (3)wobei der Parameter m die Steigung der Linie darstellt und der Parameter b ist konstant. Der Parameter m ist durch die Gleichung (4a) gegeben, während der Parameter b durch die Gleichung (4b) gegeben ist: m = (Y0 – Oy)/(X0 – Ox) (4a) b = Oy – Oxm (4b)
Unter Verwendung des Satz des Pythagoras kann Gleichung (1) durch die Koordinaten „X_d" und „Y_d" ausgedrückt werden, was zu der folgenden Gleichung (5) führt: rd 2 = Xd 2 + Yd 2 = (r0 + Cr0 3)2 = A (5)
Wenn Yd aus Gleichung (3) in Gleichung (5) substituiert wird, führt dies zu Gleichung (6): (m2 + 1)Xd 2 + 2mbXd + (b2 – A) = 0 (6)
Die Gleichungen (3) und (6) bilden ein System von Gleichungen, die numerisch oder analytisch gelöst werden können, um die Anordnung der Kamerarasterpunkte (X_d, Y_d) zu ermitteln. Zum Beispiel kann die Gleichung (6) unter Verwendung einer quadratischen Formel nach X_d aufgelöst werden, während Y_d unter Verwendung der Gleichung (3) ermittelt und das Ergebnis aus Gleichung (6) abgeleitet werden kann.
Der Intensitätswert an jedem Punkt (X_d, Y_d) wird durch Interpolation der benachbarten bekannten Wert der ursprünglichen Bildpunkte in dem Kameraraster erreicht. Der Pixelintensitätswert an dem ausgewählten Monitorrasterpunkt (X₀, Y₀) ist durch die Intensität an dem entsprechenden Kamerarasterpunkt (X_d, Y_d) gegeben. Bei dem bevorzugten Interpolationsverfahren handelt es sich um die kubische Spline-Interpolation, wobei aber auch andere Interpolationsverfahren verwendet werden können, wie zum Beispiel die lineare Interpolation, die logarithmische Interpolation, die Lagrange-Interpolation, etc., um die Pixelintensitätswerte zu erhalten.
Hiermit wird festgestellt, dass die Reihe der Kamerarasterpunkte (X_d, Y_d) für eine bestimmte Bildgröße nur einmal berechnet werden muss. Nachdem die Monitorrasterpunkte bekannt sind, werden alle folgenden verzerrten Bilder mit der gleichen Größe unter Verwendung der Interpolation und der vorab kompilierten Kamerarasterpunkte (X_d, Y_d) berichtigt. Die Standard-Korrekturbildgröße entspricht der Kamerarastergröße, wobei der Benutzer aber auch eine andere Größe für das berichtigte Bild bzw. das Korrekturbild auswählen kann.
Die Abbildung aus 5 zeigt ein Flussdiagramm, das eine Operationsfolge gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Das rechteckige Kameraraster CG zeigt ein verzerrtes Bild. Während der Parameter C geschätzt wird, wird das Kameraraster CG verzerrt, um ein korrigiertes Bild zu erzeugen. Ein maximales Anzeigefenster, das durch gestrichelte Linien dargestellt ist, wird erzeugt, so dass es in die Begrenzungen des verzerrten Kamerarasters DCG passt. Als nächstes werden die Punkte des Anzeigefensters DW auf die Punkte des Kamerarasters CG abgebildet, und die Intensität der Pixel des Anzeigefensters wird ermittelt durch Interpolation der Werte der ursprünglichen Bildpunkte des Kamerarasters. Das Ergebnis ist ein rechteckiges, verzerrungsfreies Bild.
Die Abbildung aus 6 zeigt ein Blockdiagramm eines Verarbeitungssystems 100, das eingesetzt werden kann, um Verarbeitungs- bzw. Verfahrensoperationen auszuführen, die in Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen. Das Verarbeitungssystem 100 weist eine Verarbeitungseinheit 110, einen Speicher 120, Benutzersteuerungen 130, eine Anzeigevorrichtung 140 und eine Kommunikationsvorrichtung 150 auf, die jeweils mit einer Busstruktur 160 verbunden sind.
Die Verarbeitungseinheit 110 kann einen oder mehrere Universalprozessoren, einen oder mehrere digitale Signalprozessoren oder jede andere Vorrichtung aufweisen, die in der Lage ist, eine Befehlsfolge auszuführen.
Der Speicher 120 kann einen Systemspeicher, nichtflüchtige Speichervorrichtungen und entfernbare Speichermedien aufweisen. Bei den entfernbaren Speichermedien kann es sich zum Beispiel um eine Compact Disk, eine Floppy-Diskette oder andere entfernbare Speichervorrichtungen handeln. Der Bildspeicher 124 und Programmcode 122, einschließlich Befehlsfolgen für die Ausführung der vorstehend beschriebenen Operationen zur Korrektur von Verzerrungen, können auf einem entfernbaren Speichermedium gespeichert werden, das durch das Verarbeitungssystem 100 ausgelesen und für den Betrieb des Verarbeitungssystems gemäß den hierin beschriebenen Ausführungsbeispielen eingesetzt werden kann. Die nichtflüchtige Speichervorrichtung kann eine Vorrichtung darstellen, wie etwa Magnetband, einen magnetischen Plattenspeicher, einen optischen Plattenspeicher, einen elektrisch löschbaren, programmierbaren Nur-Lesespeicher (EEPROM) oder jedes andere computerlesbare Computermedium.
Bei den Benutzersteuerungen 130 kann es sich um eine Maus, eine Tastatur, einen Trackball, einen elektronischen Stift oder jede andere Vorrichtung für die Manipulation des Bilds und anderer auf der Anzeigevorrichtung 140 angezeigter Elemente handeln.
Bei der Kommunikationsvorrichtung 150 kann es sich um ein Modem, eine Bereichsnetzwerkkate oder jede andere Vorrichtung zur Kopplung des Verarbeitungssystems 100 mit einem Computernetzwerk handeln. Die Kommunikationsvorrichtung kann eingesetzt werden, um eine mit einem Datensignal modulierte Trägerwelle zu erzeugen oder zu empfangen, um zum Beispiel Bilder oder Text von einem Server-Computer in dem World Wide Web oder einem anderen Netzwerk zu erhalten, oder um aktualisierten Programmcode oder Funktionserweiterungs-Programmcode zu empfangen, der durch die Verarbeitungseinheit ausgeführt werden kann, um Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zu implementieren.
In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann es sich bei dem vorstehend beschriebenen Verarbeitungssystem 100 um ein Universalcomputersystem handeln. Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind jedoch nicht auf deren Anwendung in Bezug auf ein Computersystem begrenzt. Diesbezüglich kann das vorstehend beschriebene Verfahren durch ein Verarbeitungssystem 100 ausgeführt werden, das in eine Digitalkamera eingebettet bzw. integriert ist. Die Kamera kann sowohl für Standbildfotografie wie auch für Videoaufnahmen eingesetzt werden. Nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren kann die Kalibrierung der Kamera erreicht werden, indem der Verzerrungsfaktor C unter Verwendung der in der Kamera integrierten Benutzersteuerungen 130 manuell angepasst werden. Die Benutzersteuerungen bzw. Regelungselemente können Knöpfe bzw. Tasten oder Schieberegler sein. Das Bild kann in dem Speicher 120 gespeichert und auf der in die Kamera integrierten Bildanzeigeeinheit 140 angezeigt werden. Die vorstehend genannten Gleichungen können in den Programmcode 122 der Kamera eingebettet werden, so dass die Kamera selbst die Bilder korrigiert, ohne dass ein separater, externer Computer und Monitor erforderlich ist. Darüber hinaus kann das vorstehend im Text beschriebene Verfahren in einem Fotokiosk integriert werden, wobei die Anzeigeeinheit 140 und die Benutzersteuerungen 130 durch einen berührungsempfindlichen Bildschirm gesteuert werden.
Wenn in einem Ausführungsbeispiel Leistung dem Verarbeitungssystem 100 zugeführt wird, wird der Programmcode aus dem nichtflüchtigen Speicher oder entfernbaren Speicher durch die Verarbeitungseinheit 110 in den Systemspeicher geladen. Befehlsfolgen, einschließlich der vorstehend im Text beschriebenen Operationen zur Korrektur von Verzerrungen, werden danach durch die Verarbeitungseinheit 110 ausgeführt.
Nach der Beschreibung eines Verarbeitungssystem zur Implementierung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird hiermit festgestellt, dass die vorstehend beschriebenen einzelnen Verarbeitungsoperationen auch durch spezielle Hardwarekomponenten ausgeführt werden können, die eine fest verdrahtete Logik aufweisen, um die genannten Operationen auszuführen, oder durch jede beliebige Kombination aus programmierten Verarbeitungskomponenten und fest verdrahteter Logik. Kein Teil der Offenbarungen hierin schränkt die vorliegende Erfindung auf ein einzelnes Ausführungsbeispiel hierin ein, worin die genannten Operationen durch eine bestimmte Kombination von Hardwarekomponenten ausgeführt werden.
In der vorstehenden Beschreibung wurde die Erfindung in Bezug auf bestimmte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es ist jedoch ersichtlich, dass verschiedene Modifikationen und Abänderungen in Bezug auf die besonderen Ausführungsbeispiele vorgenommen werden können, ohne dabei vom weiteren Umfang der Erfindung abzuweichen, der in den anhängigen Ansprüchen ausgeführt ist. Die Beschreibung und die Zeichnungen dienen somit Zwecken der Veranschaulichung und haben keine einschränkende Wirkung.

Claims

Verfahren zur Wiederherstellung eines Bilds, das frei ist von geometrischer Verzerrung, aus einem von einer Kamera erfassten verzerrten Bild, wobei das verzerrte Bild durch eine Reihe von Pixeln in einem Kameraraster (16, CG) dargestellt ist, wobei das Verfahren folgendes aufweist: das Erfassen eines Bilds eines Testmusters; das Festlegen eines Ausgangswertes für einen Verzerrungskorrekturfaktor C; das Anwenden des Verzerrungskorrekturfaktors C, um eine entsprechende Position X_d, Y_d in dem Kameraraster (16, CG) für jede Pixelposition X₀, Y₀ in einem Anzeigefenster (18, DW) auf der Basis einer Funktion r_d = r₀ + Cr₀ ³ zu bestimmen, wobei r_d einen Abstand von einer Pixelposition darstellt, die einen verzerrten Punkt in dem Bild darstellt, zu der optischen Achse eines optischen Systems der Kamera; und wobei r₀ den Abstand einer Pixelposition, die den Punkt in dem Bild darstellt, zu der optischen Achse ohne Verzerrung darstellt; das Zuweisen eines Intensitätswertes an jede Pixelposition X₀, Y₀, bestimmt unter Verwendung des Verzerrungskorrekturfaktors C, um ein verzerrtes Bild des Testmusters in dem Anzeigefenster (18, DW) auf der Basis eines oder mehrerer Pixel in dem Kameraraster (16, CG) anzuzeigen, dargestellt durch die entsprechende Position X_d, Y_d; das Variieren des Verzerrungskorrekturfaktors C durch einen Benutzer, um ein verzerrungsfreies Bild zu erzeugen, um einen Kalibrierungswert des Verzerrungskorrekturfaktors C zu bestimmen, entsprechend dem verzerrungsfreien Bilds, mit dem die Kamera kalibriert wird, um ein verzerrungsfreies Bild bereitzustellen; und das Speichern des Kalibrierungswertes für die folgende Verwendung zum Anzeigen verzerrungsfreier Bilder.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das iterative Variieren des Verzerrungskorrekturfaktors C das Auffordern eines Benutzers umfasst, Eingabe bereitzustellen, um eine Kontur des in dem Anzeigefenster (18, DW) angezeigten Bilds zu verzerren, um die geometrische Verzerrung des Bilds zu korrigieren, wobei die Verzerrung einer Kontur des Bilds den Verzerrungskorrekturfaktor variiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Anwenden eines Verzerrungskorrekturfaktors folgendes aufweist: für jedes ausgewählte Pixel in einem Anzeigefenster (18, DW) das Berechnen eines Verschiebungsvektors (Δr) zwischen dem ausgewählten Pixel (P₀) in dem Anzeigefenster (18, DW) und einem entsprechenden Pixel (P₁) in dem Kameraraster (CG) auf der Basis der Differenz zwischen dem verzerrten Kameraraster (14) und dem Kameraraster (16); und wobei der Schritt des Zuweisens eines Intensitätswerts das Zuweisen einer Intensität an jedes ausgewählte Pixel (P₀) in dem Anzeigefenster (DW) auf der Basis mindestens eines Pixels (P_d) in dem Kameraraster (CG) aufweist, das von dem entsprechenden Pixel (P₁) in dem Kameraraster gemäß dem Verschiebungsvektor (Δr) versetzt ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das iterative Variieren des Verzerrungskorrekturfaktors C das Anpassen der Form des Kamerarasters (16) umfasst, indem eine Ecke des Bilds radial in Bezug auf die Mitte des Bilds gezogen wird, bis das Bild korrigiert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Variieren des Verzerrungskorrekturfaktors zum Anpassen der Form des Kamerarasters (16) unter Verwendung eines in Software implementierten Tools ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei es sich bei dem in Software implementierten Tool um eine Laufleiste handelt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Zuweisen einer Intensität an jedes ausgewählte Pixel (P₀) in dem Anzeigefenster (18, DW) das Bestimmen der Intensität der Pixel in dem Kameraraster (CG) unter Verwendung einer Interpolationstechnik umfasst, die aus der Gruppe ausgewählt wird, die folgendes umfasst: lineare Interpolation, kubische Spline-Interpolation, Lagrange-Interpolation und logarithmische Interpolation.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei dieses ferner das Anzeigen eines Bilds aufweist, das frei von geometrischer Verzerrung ist, und zwar unter Verwendung des Wertes des Verzerrungskorrekturfaktors, mit dem die Kamera kalibriert wird.
Vorrichtung, die folgendes umfasst: Benutzersteuerungen (130), die es einem Benutzer ermöglichen, eine Kontur eines verzerrten Bilds zu verzerren, das auf einer Bildanzeigevorrichtung (140) angezeigt wird, um eine geometrische Verzerrung in dem verzerrten Bild zu korrigieren, wobei die Verzerrung der Kontur des verzerrten Bilds zu einem Bild mit einer verzerrten Kontur führt; eine Verarbeitungseinheit (110), die einen oder mehrere Prozessoren umfasst; und einen oder mehrere Speicher (120), die mit dem genannten einen oder mehreren Prozessoren gekoppelt sind, wobei der genannte eine oder die mehreren Speicher darin einen Programmcode (122) speichern, der mithilfe der Benutzersteuerungen bei einer Ausführung durch den genannten einen oder die mehreren Prozessoren bewirkt, dass der genannte eine oder die mehreren Prozessoren folgendes vornehmen: alle Schritte aus Anspruch 1 ausführen.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Wiederherstellung eines Bilds, das frei ist von geometrischen Verzerrungen, aus einem verzerrten Bild eine Einrichtung zur Bestimmung der Intensität der Pixel in dem Anzeigefenster aus Interpolation der entsprechenden benachbarten Pixel des verzerrten Bilds aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei es sich bei der Vorrichtung um eine Kamera handelt.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei es sich bei der Vorrichtung um ein Computersystem handelt.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei es sich bei der Vorrichtung um einen Fotokiosk handelt.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die genannte Kamera ferner ein optisches Objektivsystem zur Erfassung eines Bilds umfasst.
Computerprogramm, das eine Computerprogrammcodeeinrichtung umfasst, die in der Lage ist, alle Schritte der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen, wenn das Programm auf einem Computer ausgeführt wird.
Computerprogramm nach Anspruch 15, ausgeführt auf einem computerlesbaren Medium.