RU2352988C1 - Способ коррекции хроматической аберрации оптической подсистемы системы технического зрения - Google Patents

Способ коррекции хроматической аберрации оптической подсистемы системы технического зрения Download PDF

Info

Publication number
RU2352988C1
RU2352988C1 RU2007133027/09A RU2007133027A RU2352988C1 RU 2352988 C1 RU2352988 C1 RU 2352988C1 RU 2007133027/09 A RU2007133027/09 A RU 2007133027/09A RU 2007133027 A RU2007133027 A RU 2007133027A RU 2352988 C1 RU2352988 C1 RU 2352988C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
image
points
chromatic aberration
coordinates
correction
Prior art date
Application number
RU2007133027/09A
Other languages
English (en)
Inventor
Андрей Станиславович Козлов (RU)
Андрей Станиславович Козлов
Николай Валерьевич Алябьев (RU)
Николай Валерьевич Алябьев
Максим Игоревич Труфанов (RU)
Максим Игоревич Труфанов
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Курский государственный технический университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Курский государственный технический университет filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Курский государственный технический университет
Priority to RU2007133027/09A priority Critical patent/RU2352988C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2352988C1 publication Critical patent/RU2352988C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Image Processing (AREA)

Abstract

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для коррекции хроматической аберрации оптических подсистем систем технического зрения, применяемых для контроля автоматизированных процессов. Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение, является повышения точности коррекции хроматической аберрации оптической подсистемы. Технический результат достигается за счет того, что способ коррекции хроматической аберрации включает ввод изображения в ЭВМ, определение истинных положений точек R и В цветовых каналов изображения по формуле
Figure 00000031
Figure 00000032
Figure 00000033
Figure 00000034
Figure 00000035
Figure 00000036
Figure 00000037
где x, y - координаты точки изображения, x'R, y'R, x'B, y'B - координаты истинных положений точек R и В цветовых каналов изображения, r - радиальное расстояние до точки изображения, r'R, r'B - радиальные расстояния до истинных положений точек R и В цветовых каналов изображения, cB(1), сB(2), …, сB(n), cR(1), cR(2), … cR(n) - коэффициенты коррекции хроматической аберрации, размещение калибровочного объекта в поле зрения камеры, выделение его контуров и бинаризация, определение калибровочных точек, определение коэффициентов коррекции хроматической аберрации, определение значений яркости в истинных положениях точек R и В цветовых каналов по значениям смежных точек. 7 ил.

Description

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для коррекции хроматической аберрации оптических подсистем систем технического зрения, использующих в качестве приемников изображения матричные приемники изображения.
Известен способ коррекции дисторсии оптической системы [Camera calibration from road lane markings [Text] / S.K.George, H.C.Yung, K.H.Pang // Optical engineering. - 2003. - 42(10). - p.2967-2977; Tsai, R.Y. A versatile camera calibration technique for high-accuracy 3D machine vision metrology using off-the-shelf TV cameras and lenses [Text] / R.Y.Tsai // IEEE Trans. Rob. Autom. - 1987. - 4. - p.323-344], позволяющий определять по изображению эталонного калибровочного объекта коэффициенты радиальной дисторсии и производить коррекцию дисторсии с использованием найденных коэффициентов. Данный способ не позволяет производить коррекцию хроматической аберрации оптической системы.
Известен оптический способ коррекции хроматической аберрации [Chromatic aberration correction element and its application [Text]: pat. 801459 United States: G02B 003/08; G02B 005/18/ Maruyama, Koichi, Asahi; 1997]. Сущность этого изобретения заключается в создании объектива, содержащего исправляющий элемент, который является простой линзой, имеющей одну асферическую поверхность, радиус искривления которой увеличивается от оптической оси к периферии.
Описанный способ позволяет производить коррекцию хроматической аберрации в известных объективах только с определенными конструкционными параметрами. Ввод в объектив дополнительных исправляющих элементов сложен с технической точки зрения и увеличивает его массогабаритные показатели.
Основным недостатком данного способа является невозможность коррекции аберрации в существующих объективах без внесения изменений в их конструкцию, а также невозможность коррекции аберрации после получения изображения.
Наиболее близким является способ коррекции хроматической аберрации оптической системы [Apparatus and method for producing images without distortion and lateral color aberration [Text]: pat. 6747702 United States: H04N 5/217/ Michael E.; 2004], согласно которому производится коррекция хроматической аберрации путем масштабирования цветовых каналов изображения. Для этого производится разложение исходного изображения на цветовые каналы (R, G, В - каналы красного, зеленого и синего цвета соответственно). Затем определяются радиальные расстояния до истинных положений точек R и В каналов изображения (положений, которые занимали бы точки цветовых каналов изображения в случае отсутствия хроматической аберрации) с использованием заранее определенных для каждого из каналов коэффициентов коррекции. Далее рассчитываются координаты точек R и В каналов изображения, соответствующие полученным радиальным расстояниям. Так как изображение дискретно, производится округление найденных координат. Значения яркости каналов в исходной точке изображения заменяются на соответствующие значения в найденных точках.
Недостатком данного способа является низкая точность коррекции хроматической аберрации, обусловленная погрешностью определения исправленных значений яркости R и В цветовых каналов в точках исходного изображения по округленным значениям координат положений этих точек, что вызвано дискретностью изображения.
Технической задачей изобретения является повышение точности коррекции хроматической аберрации оптической подсистемы системы технического зрения.
Техническая задача решается тем, что в известный способ коррекции хроматической аберрации оптической подсистемы системы технического зрения, включающий ввод изображения в ЭВМ, определение истинных положений точек R и В цветовых каналов изображения осуществляется по формуле
Figure 00000001
,
Figure 00000002
,
Figure 00000003
Figure 00000004
,
Figure 00000005
,
Figure 00000006
Figure 00000007
,
где x, y - координаты точки изображения, х'R, y'R, х'B, y'B - координаты истинных положений точек R и В цветовых каналов изображения, r - радиальное расстояние до точки изображения, r'B, r'B - радиальные расстояния до истинных положений точек R и В цветовых каналов изображения, cB(l), cB(2), …, cB(n), cR(1), cR(2), … cR(n) - коэффициенты коррекции хроматической аберрации R и В цветовых каналов изображения, введены размещение калибровочного объекта в поле зрения камеры, выделение его контуров и бинаризация, определение калибровочных точек, расположенных на пересечении контура калибровочного объекта и перпендикулярной ему прямой, проходящей через центр изображения, определение коэффициентов коррекции хроматической аберрации по смещению R и В цветовых каналов изображения относительно G канала в калибровочных точках, определение значений яркости в истинных положениях точек R и В цветовых каналов изображения по значениям смежных точек с помощью метода билинейной интерполяции.
Изобретение может быть использовано для коррекции хроматической аберрации оптических подсистем систем технического зрения, применяемых для контроля автоматизированных процессов, в системах видеонаблюдения.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан калибровочный объект, на фиг.2 - изображение калибровочного объекта в системе координат камеры, на фиг.3 - блок-схема алгоритма определения коэффициентов коррекции хроматической аберрации, фиг.4 и фиг.5 поясняют нахождение калибровочных точек, на фиг.6 изображена блок-схема алгоритма коррекции хроматической аберрации, фиг.7 поясняет определение значений яркости в истинных положениях точек R и В цветовых каналов изображения.
Калибровочный объект состоит прямоугольников черного цвета, расположенных на белом фоне, стороны которых параллельны (фиг.1). Калибровочный объект располагают перпендикулярно главной оптической оси камеры таким образом, чтобы он весь находился в кадре.
Коэффициенты коррекции хроматической аберрации определяют по смещению цветовых каналов изображения в калибровочных точках изображения. В качестве калибровочных точек выбирают точки, расположенные на пересечении контура калибровочного объекта и перпендикулярной ему прямой, проходящей через центр изображения (фиг.4). Число калибровочных точек объекта определяет максимальное число коэффициентов коррекции хроматической аберрации, которые могут быть рассчитаны по этим точкам.
Точность коррекции хроматической аберрации определяется числом коэффициентов коррекции. Для практического применения достаточно определять 3 коэффициента для R и В цветовых каналов изображения. Точность коррекции хроматической аберрации может быть повышена путем определения дополнительных коэффициентов коррекции. Для этого калибровочный объект выбирают таким образом, чтобы увеличить число калибровочных точек.
Блок-схема алгоритма определения коэффициентов коррекции хроматической аберрации представлена на фиг.3.
В блоке 1 (фиг.3) производится ввод изображения калибровочного объекта (фиг.2). Изображение представляет собой матрицу значений яркостей пикселей
I=I(x,y), 0≥I(x,y)≤1,
x∈[-w/2; w/2], y∈[-h/2; h/2],
где x, y - координаты пикселя изображения по горизонтали и вертикали, соответственно, w, h - размерность изображения по горизонтали и вертикали, соответственно.
В блоке 2 (фиг.3) производится выделение контуров калибровочного объекта [Методы компьютерной обработки изображений / Под. Ред. В.А.Сойфера. - М.: Физматлит, 2001] и бинаризация по формуле
Figure 00000008
g(x,y)=|I(x+1,y)+I(x-1,y)+I(x,y+1)+I(x,y-1)-4·I(x,y)|,
Figure 00000009
,
Figure 00000010
,
где g(x, y) - контурное изображение, определяемое множеством значений яркостей в точках с координатами (x, y), Т - пороговое значение изменения яркости, по которому определяется принадлежность точки изображения фону или контуру, gmin - параметр, определяющий минимальное изменение яркости и задаваемый для всего изображения.
После выделения контуров производится определение координат калибровочных точек калибровочного объекта. В качестве калибровочных точек выбираются точки, расположенные на пересечении контура калибровочного объекта и перпендикулярной ему прямой l, проходящей через центр изображения (фиг.4).
В блоке 3 (фиг.3) производится определение координат калибровочной точки, ближайшей к центру изображения (фиг.4), по условию
Figure 00000011
,
x∈(xn-ε, xn+ε), y∈(yn-ε, yn+ε),
где x1, y1 - координаты первой калибровочной точки, b(x, y) - значение контурного изображения в точке с координатами (x, y).
В блоке 4 (фиг.3) производится определение координат следующей калибровочной точки (фиг.5). Вычисляют угол наклона θ прямой l по формуле
Figure 00000012
где xn, yn - координаты калибровочной точки.
После чего определяются координаты следующей калибровочной точки, расположенной на пересечении контура калибровочного объекта и прямой l, по условию
yn=tg(θ)·xn, b(yn, yn)=1, |xn|>|xn-1|, |yn|>|yn-1|,
где xn, yn - координаты калибровочной точки, xn-1, yn-1 - координаты предыдущей калибровочной точки.
Затем полученные координаты уточняются (фиг.5) по условию
Figure 00000013
,
где x'n, y'n - уточненные координаты калибровочной точки, b(x, y) - значение контурного изображения в точке с координатами (x, y).
Если точка определена, производится переход в блок 4 (фиг.3) и уточнение угла θ по значению последней найденной калибровочной точки.
В блоке 5 (фиг.3) производится определение максимальных значений яркости R и В цветовых каналов изображения
IR(max)=max(IR(x, y)), IB(max)=max(IB(x, y)),
где IR(х, y), IB(х, y) - значение яркости R и В цветовых каналов изображения в точке с координатами (х, y).
В окрестностях калибровочной точки радиальное расстояние определяется линейной зависимостью согласно формуле
r'R(n)=kR(n)·rn, r'B(n)=kB(n)·rn,
где kR(n), kB(n) - линейные коэффициенты коррекции хроматической аберрации R и В цветовых каналов изображения, rn - радиальное расстояние до точки изображения, r'R(n), r'B(n) - радиальные расстояния до истинных положений калибровочных точек R и В цветовых каналов изображения.
В блоке 6 (фиг.3) производится определение линейных коэффициентов коррекции хроматической аберрации в калибровочных точках изображения.
В калибровочных точках изображения при отсутствии хроматической аберрации значение яркости максимально, однако, при наличии хроматической аберрации происходит смещение R и В цветовых каналов изображения относительно G канала. Смещение цветовых каналов изображения описывается формулой
Figure 00000001
,
Figure 00000002
,
Figure 00000014
Figure 00000004
,
Figure 00000005
,
Figure 00000015
Figure 00000007
.
Таким образом коэффициенты kR(n), kB(n) определяются решением уравнения
I'R(xR(n)·kR(n), yR(n)·kR(n))=IR(max),
I'B(xB(n)·kB(n), yB(n)·kB(n))=IB(max),
где I'R(хR(n)·kR(n), yR(n)·kR(n)), I'B(хB(n)·kB(n), yB(n)·kB(n)) - значение яркости R и В цветовых каналов изображения точках с координатами (хR(n)·kR(n), yR(n)·kR(n)), (хB(n)·kB(n), yB(n)·kB(n)), определенные по значениям смежных точек с помощью метода билинейной интерполяции, IR(max), IB(max) - максимальные значения яркости R и В цветовых каналов изображения.
Затем производится переход в блок 6 (фиг.3) и расчет линейного коэффициента хроматической аберрации в окрестностях следующей калибровочной точки.
В блоке 7 (фиг.3) осуществляется расчет коэффициентов хроматической аберрации решением систем уравнений
Figure 00000016
Figure 00000017
где r1, r2, …, rn - радиальное расстояние до точки изображения, kR(1), kR(2), …, kR(n), kB(1), kB(2), …, kB(n) - линейные коэффициенты коррекции хроматической аберрации R и В цветовых каналов изображения, cB(1), cB(2), …, cB(n), cR(1), cR(2), …, cR(n) - коэффициенты коррекции хроматической аберрации R и В цветовых каналов изображения.
Блок-схема алгоритма коррекции хроматической аберрации представлена на фиг.6.
В блоке 1 (фиг.6) производится ввод изображения. Изображение представляет собой матрицу значений яркостей пикселей
I=I(x,y), 0≥I(x,y)≤1,
x∈[-w/2; w/2], y∈[-h/2; h/2],
где x, y - координаты пикселя изображения по горизонтали и вертикали, соответственно, w, h - размерность изображения по горизонтали и вертикали, соответственно.
В блоке 2 (фиг.6) производится определение истинных положений точек R и В цветовых каналов изображения по формуле
Figure 00000018
,
Figure 00000019
,
Figure 00000020
Figure 00000021
,
Figure 00000005
,
Figure 00000022
Figure 00000023
.
В блоке 3 (фиг.6) производится определение значений яркости, соответствующих истинным положениям точек R и В цветовых каналов изображения. Искомые значения яркости не могут быть явно определены по матрице значений яркостей точек изображения, так как истинные положения точек определяются вещественными координатами. Точка дискретного изображения представляет собой квадратную область с единичной площадью и определенным значением яркости, центр которой определяется дискретными координатами. Точка с вещественными координатами может быть представлена как квадратная область с единичной площадью, пересекающая соседние области с дискретными координатами. Значение в этой области определяется по значением соседних областей пропорционально площади пересечения методом билинейной интерполяции по формуле (фиг.7)
I'R(x'R,y'R)=(1-tR)(1-uR)·IR(x'R(1),y'R(1))+tR(1-uR)·IR(x'R(3),y'R(3))+
+tR·uR·IR(x'R(4),y'R(4))+uR·(1-tR)·IR(x'R(2),y'R(2)),
uR=(x'R(1)-x'R)/(x'R(1)-x'R(2)), tR=(y'R(1)-y'R)/(y'R(1)-y'R(3)),
I'B(x'B,y'B)=(1-tB)(1-uB)·IB(x'B(1),y'B(1))+tB(1-uB)·IB(x'B(3),y'B(3))+
+tB·uB·IB(x'B(4),y'B(4))+uB·(1-tB)·IB(x'B(2),y'B(2)),
uB=(x'B(1)-x'B)/(x'B(1)-x'B(2)), tB=(y'B(1)-y'B)/(y'B(1)-y'B(3)),
где x'R, y'R, x'B, y'B - координаты истинных положений точек R и В цветовых каналов изображения, (x'R(1), y'R(1)), (x'R(2), y'R(2)), (x'R(3), y'R(3)), (x'R(4), y'R(4)), (x'B(1), y'B(1)), (x'B(2), y'B(2)), (x'B(3), y'B(3)), (x'B(4), y'B(4)) - координаты смежных точек.
В блоке 4 (фиг.6) производится замена значений яркости R и В каналов в исходной точке изображения на соответствующие рассчитанные значения
IR(x,y)=I'R(x'R,y'R),
IB(x,y)=I'B(x'B,y'B),
где I'R(x'R, y'R), I'B(x'B,y'B) - рассчитанные значения яркости R и В цветовых каналов изображения.
Производится выбор следующей точки изображения и переход в блок 3 (фиг.6).
Разработанный способ позволяет повысить точность коррекции хроматической аберрации оптической подсистемы системы технического зрения за счет определения значений яркости в истинных положениях точек цветовых каналов изображения по значениям смежных точек.

Claims (1)

  1. Способ коррекции хроматической аберрации оптической подсистемы системы технического зрения, включающий ввод изображения в ЭВМ, определение истинных положений точек R и В цветовых каналов изображения по формуле
    Figure 00000024
    Figure 00000025
    Figure 00000026

    Figure 00000027
    Figure 00000028
    Figure 00000029

    Figure 00000030

    где x, y - координаты точки изображения, x'R, y'R, x'B, y'B - координаты истинных положений точек R и В цветовых каналов изображения, r - радиальное расстояние до точки изображения, r'R, r'B - радиальные расстояния до истинных положений точек R и В цветовых каналов изображения, cB(1), сB(2), …, cB(n), cR(1), cR(2), … cR(n) - коэффициенты коррекции хроматической аберрации R и В цветовых каналов изображения, отличающийся тем, что дополнительно размещают калибровочный объект в поле зрения камеры, выделяют его контуры и бинаризуют, определяют калибровочные точки, расположенные на пересечении контура калибровочного объекта и перпендикулярной ему прямой, проходящей через центр изображения, определяют коэффициенты коррекции хроматической аберрации по смещению R и В цветовых каналов изображения относительно G канала в калибровочных точках, определяют значения яркости в истинных положениях точек R и В цветовых каналов по значениям смежных точек с помощью метода билинейной интерполяции.
RU2007133027/09A 2007-09-03 2007-09-03 Способ коррекции хроматической аберрации оптической подсистемы системы технического зрения RU2352988C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007133027/09A RU2352988C1 (ru) 2007-09-03 2007-09-03 Способ коррекции хроматической аберрации оптической подсистемы системы технического зрения

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007133027/09A RU2352988C1 (ru) 2007-09-03 2007-09-03 Способ коррекции хроматической аберрации оптической подсистемы системы технического зрения

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2352988C1 true RU2352988C1 (ru) 2009-04-20

Family

ID=41017909

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007133027/09A RU2352988C1 (ru) 2007-09-03 2007-09-03 Способ коррекции хроматической аберрации оптической подсистемы системы технического зрения

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2352988C1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2496253C1 (ru) * 2009-07-21 2013-10-20 Кэнон Кабусики Кайся Устройство обработки изображения и способ обработки изображения для корректировки хроматической аберрации
RU2523965C2 (ru) * 2011-08-31 2014-07-27 Кэнон Кабусики Кайся Устройство обработки изображения, устройство захвата изображения, и способ обработки изображения
RU2599628C2 (ru) * 2012-03-21 2016-10-10 Кэнон Кабусики Кайся Устройство захвата изображения

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2496253C1 (ru) * 2009-07-21 2013-10-20 Кэнон Кабусики Кайся Устройство обработки изображения и способ обработки изображения для корректировки хроматической аберрации
RU2523965C2 (ru) * 2011-08-31 2014-07-27 Кэнон Кабусики Кайся Устройство обработки изображения, устройство захвата изображения, и способ обработки изображения
RU2599628C2 (ru) * 2012-03-21 2016-10-10 Кэнон Кабусики Кайся Устройство захвата изображения
US9848115B2 (en) 2012-03-21 2017-12-19 Canon Kabushiki Kaisha Image capturing apparatus capable of adjusting optical characteristics of lens unit attachable thereto

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101941801B1 (ko) Led 디스플레이에 이용되는 영상 처리 방법 및 장치
CN107665483B (zh) 免定标便捷的单目镜头鱼眼图像畸变矫正方法
JP6260891B2 (ja) 画像処理装置および画像処理方法
CN103955916A (zh) 一种汽车全景摄像头标定方法及装置
CN106447602A (zh) 一种图像拼接方法及装置
KR20110068375A (ko) 어안 렌즈를 구비하는 카메라 모듈에 의해 획득된 영상의 왜곡 보정을 위한 파라미터 조정 방법
CN108305233A (zh) 一种针对微透镜阵列误差的光场图像校正方法
WO2019105433A1 (zh) 影像畸变检测方法和系统
CN103428509A (zh) 用于图像调整的设备、系统和方法
KR20150081042A (ko) 영상 왜곡 보정 방법 및 이를 위한 장치
Rudakova et al. Precise correction of lateral chromatic aberration in images
CN107610182A (zh) 一种光场相机微透镜阵列中心的标定方法
CN105046647A (zh) 全液晶仪表360°全景车用监控系统及其工作方法
CN106600653A (zh) 一种变倍相机光心标定方法
RU2352988C1 (ru) Способ коррекции хроматической аберрации оптической подсистемы системы технического зрения
CN106791331A (zh) 基于透镜阵列成像的图像处理方法、装置及成像系统
CN106254844A (zh) 一种全景拼接颜色校正方法
CN106791498B (zh) 图像定位方法、透镜阵列成像方法及装置
US10783646B2 (en) Method for detecting motion in a video sequence
KR101053464B1 (ko) 광각 카메라의 광학정보 획득 장치, 광각영상 보정 장치 및 그 방법
CN106713707B (zh) 透镜阵列成像方法及装置
TWI645372B (zh) 影像校正系統及影像校正方法
JP2007122328A (ja) 歪曲収差補正装置及び歪曲収差補正方法
CN107945104A (zh) 一种基于太空虚拟现实相机的全景成像方法
CN108520541A (zh) 一种广角摄像机的标定方法

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090904