[发明专利]一种镜头畸变矫正的方法和照相装置

说明书

本发明所述镜头畸变矫正的方法和照相装置，属于视频成像领域，包括矫正参数模块、控制模块、镜头模块、感光器件、图像矫正模块、显示模块和存储模块；针对不同镜头和感光器件的组合，测量得到对应的参数值，通过反向计算可将感光器件拍摄到图像的径向畸变快速矫正；所述的拍照装置即使用所述的矫正方法，针对特定镜头和感光器件，创建在不同焦距下的矫正参数序列，拍照时，实时地进行取景和拍摄的矫正计算；本发明的特点在于简单快速，所述方法可在多种硬件条件下实现，所述的装置用于工业测量，视频检测等应用时，可有效提高测量精度，用于拍照时可提升画面保真度，还原真实场景。

技术领域

本发明属于视频成像领域，特别涉及到一种镜头畸变矫正的方法和照相装置。

背景技术

所有的视频成像系统中，都由镜头和感光器件组成，通常镜头由于光学特性限制，总会有畸变产生，尽管通过使用非球面透镜，多种透镜组合的方式，可以最大限度的减小镜头自身的畸变，但目前的技术手段，仍然无法生产出完全没有畸变的镜头，尤其对于可变焦距镜头，基本上无法同时满足在长焦距和短焦距时都具有较小的畸变。

在使用胶片作为感光器件的时候，视频成像的畸变将取决于镜头，当使用电子感光器件时，视频图像信号被直接转换为数字化的电信号，进一步可以由计算机技术进行处理，对镜头的畸变进行矫正，从而得到更加真实的视频图像。

镜头产生的畸变主要由径向畸变和切向畸变构成，其中切向畸变主要由于镜头的光轴和感光器件不垂直而造成，在现代加工工艺条件下，切向畸变基本可以忽略，故本发明所述方法和照相装置是针对镜头的径向畸变进行矫正的。

镜头的径向畸变可分为桶形畸变和枕形畸变，这两种畸变产生的原因，都是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，镜头在感光器件上的实际成像和理想的无畸变的成像，沿径向方向不成线性关系，对于桶形畸变，离原点更远的像素，实际成像点比理想无畸变的成像点，距离原点更近；对于枕形畸变则相反，离原点更远的像素，实际成像点比理想无畸变的成像点，距离原点更远；以数学描述可表达为：

r_d＝f(r) (1)

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。

通常情况下，(1)式中的函数f并非简单函数，对于鱼眼镜头等，具有大拍摄角度的镜头，f甚至不能使用解析函数来表达，对于可变焦距镜头，f也不是一成不变的，例如有些可变焦距镜头在长焦距时，畸变为枕形畸变，而在短焦距时畸变为桶形畸变；但对于一般应用场景，如普通拍照相机、工业摄像机、光学测量摄像机等，其镜头本身径向畸变和鱼眼镜头比，相对较小，f可以用简单函数近似描述，或者使用简单函数的组合来描述。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，针对镜头径向畸变较小的使用场景，可以通过使用简单函数来描述径向畸变的非线性关系。

本发明所述镜头畸变矫正的方法，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；