[发明专利]一种鱼眼镜头的畸变校正方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种鱼眼镜头的畸变校正方法。

背景技术

鱼眼镜头是模拟水下鱼类仰视水面效果的一种超广角镜头，其典型视场角为180°，还有的超过180°、大于220°，甚至达到270°。鱼眼镜头的好处很多：视角大，可容纳场景多，且可以适应狭小空间拍摄，因此在虚实景技术、机器人导航、视觉监控等许多计算机视觉领域中被广泛应用。从结构上来说，鱼眼镜头确实也是类似于鱼眼的结构，并且鱼眼镜头派生出两种类型，一种称为为Circular Image Fisheye(圆形鱼眼)，另外一种称为Full Frame Fisheye(全幅鱼眼)，其设计的视角基本是180°。采用鱼眼镜头拍摄的图像由于视角超广，因此其桶形弯曲畸变非常大，画面周边的成像呈现严重变形，直线弯曲，只有镜头中心部分的内容可以保持原来的状态。它超越了人眼日常习惯感觉到的透视效果，它把人眼观察到的、景物原有的透视效果及相互关系，在转变成记录媒体可记录的影像同时加以了夸张和改变。

为了消除鱼眼图像的变形，人们提出各种成像模型和校正方法。其中最为典型的是球面坐标模型，该模型的成像原理是当鱼眼镜头视场达到180°，且被用于对近距离场景照相时，物面实际为半球面，其球心在鱼眼镜头的入瞳中心，此时实际上是要求将半球面场景成像为底片上的平面图像；参见图1所示，对空间景物上任意一点p₁，连坐标原点o和p₁交半球面S于p₂，过p₂作z轴的平行线，交ox轴于p₃点，p₃点便是用鱼眼镜头拍摄所成的像，因此，鱼眼镜头所拍摄的景物生成的像布满一个圆，即图中oxy平面上的大圆。依据上述球面模型，人们在对鱼眼图像进行修正过程中，p₂ p₃是垂直于oxy平面的，于是目标视平面上的一点p₁，设p₁的极坐标为p₁(θ，α)，与目标成像点p₁一一对应的在拍摄后落在oxy平面上的鱼眼图像上的成像点p₃的坐标(u、v)通过如下方式获得：

u=r*cosαv=r*sinα,]]>r为p₃与坐标原点之间的距离；

r＝R*sinθ，R为鱼眼镜头成像原理中球面坐标模型的球面半径。

该球面坐标模型中，通过r＝R×sinθ对鱼眼镜头成像关系进行表达，也就是说，球面坐标模型默认的是物点光线进入鱼眼后始终以与光轴平行的方向在镜头底片上成像的。但鱼眼镜头的实际工作方式并非如此。如图3所示是一个真实的鱼眼镜头工作原理的光学示意图。1234分别代表不同视场角的物点光线，进入鱼眼镜头后，与光轴中心偏离不同的角度在镜头底片上成像。该偏离的角度与入射的视角有关。入射角越小，也就是说，物点越靠近光轴中心，偏离的角度也越小，物点越远离光轴，偏离角度越大。仅当物点光线靠近光轴中心一定的范围内时，偏离角才能近似于0度，也就是说成像光线与光轴近似平行，r＝R×sinθ的关系才能成立。当θ大于一定角度时，并不能合理的表达这种物像的映射关系。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是精度高、整体畸变校正效果较好的鱼眼镜头的畸变校正方法，该方法还能适用于不同型号的鱼眼镜头。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该鱼眼镜头的畸变校正方法，其特征在于：包括以下步骤

步骤一、根据鱼眼镜头成像原理中的球面坐标模型，建立标准坐标系，即：建立一个标准坐标系，调整该标准坐标系方向和位置，将鱼眼镜头的相机放在坐标原点O，拍摄方向沿OZ轴正方向，拍摄后的鱼眼图像落在OXY平面上；