[发明专利]一种镜头畸变矫正的方法和照相装置

权利要求书

1.一种镜头畸变矫正的方法，其特征在于：根据镜头径向畸变的特征，在以镜头光轴与成像平面的交点为原点，且垂直于光轴的平面为坐标平面的极坐标系内，将镜头的径向畸变表达为：

r_d＝K(r)·r

其中r_d为实际成像点的像素坐标到原点的距离；r为理想无畸变成像点像素坐标到原点的距离；K(r)是接近常量1的一个函数，r→0时，K→1，桶形畸变时，K随r单调递减，枕形畸变时，K随r单调递增；

用e^x函数来替代K函数，进一步镜头的径向畸变可表达为：

r_d＝e^a·r·r...a为实数 (5)

当a＜0时，代表了桶形畸变，当a＞0时，代表了枕形畸变，当a＝0时，e^a·r≡1，本质上代表了没有径向畸变，即零畸变，|a|越大代表了畸变越严重；

对于固定焦距的镜头和感光器件的组合，当镜头和感光器件参数和特性确定时，a为一个常数；

对于可变焦距镜头和感光器件的组合，当镜头和感光器件参数和特性确定时，a为可变焦距镜头焦距F的函数，且该函数为连续的单调函数；

对于带有径向畸变的拍摄图像，通过测量法得到a，根据上式，进行反向计算，即可获得畸变更小的矫正图像；

对于理想无畸变图像的像素点坐标(x，y)，其对应的实际拍摄像素点坐标(x_d，y_d)可以通过带入(5)式求：

其中坐标(x₀，y₀)为极坐标系原点在实际拍摄图像直角坐标系的坐标，通常为实际拍摄照片的中心坐标，以实际拍摄照片坐标(x_d，y_d)的像素色值填充矫正后图像坐标(x，y)像素，即得到坐标(x，y)像素的矫正色值，进一步对图像所有可能的像素坐标(x，y)逐一计算得到矫正后的图像，即完成镜头畸变矫正。

2.根据权利要求1所述镜头畸变矫正的方法，其特征在于：所述对于固定焦距镜头，上述公式(6)中a可以采用测量法得到的具体过程为：使用由若干垂直线条和水平线条构成的平面图形作为被拍摄物，放置于被测量的镜头和感光器件组合的正前方且被拍摄物平面和镜头光轴垂直，在无畸变的理想成像中，所有水平线条和垂直线条的成像必然为直线，当镜头有桶形畸变时，实际拍摄图像的水平线条和垂直线条向图像中心收敛，当镜头有枕形畸变时，实际拍摄图像的水平线条和垂直线条向图像周围发散；

选择一个任意的a值，使用(6)式对实际拍摄到的图像进行矫正计算，得到矫正后的图像，对所有矫正后的图像中的水平线条和垂直线条进行准直性对比，根据矫正后图像的畸变特征调整a值，矫正后的图像为桶形畸变时，减小a值，矫正后的图像为枕形畸变时，增加a值，调整a值后，再次使用(6)式进行矫正计算，重复以上步骤，直到找出矫正后图像畸变程度最小的a值。

3.根据权利要求1所述镜头畸变矫正的方法，其特征在于：所述对于可变焦距镜头，上述公式(6)中a可以采用多点采样的方式得到的具体过程为：分别对可变焦距镜头的多个焦距测量其焦距对应的a值，形成a值的参数序列；实际使用时，根据可变焦距镜头的实际焦距，使用数学插值的方法计算与实际焦距所对应a的数学近似值，进一步使用计算的a的数学近似值代入(6)式对拍摄的图像进行矫正计算。

4.根据权利要求2或3所述镜头畸变矫正的方法，其特征在于：所述实际拍摄照片坐标(x_d，y_d)的像素色值使用数学图像插值算法计算获取；所述图像插值算法包括最近邻插值算法或双线性插值算法或三次插值算法。