全景图像几何畸变校正的算法研究及其软件实现

对于360°视场的全景图像,本文提出了分别对其进行切向和径向畸变校正的处理算法,并用插值处理提高处理精度。达到了将全景图像恢复为常规视场平面像的目的。它是进一步图像分析的前期工作。     

全景环形透镜二维平面成像展开算法研究

针对基于平面圆柱透视法PCF(Plat Cylinder Perspective)设计的全景环形透镜PAL(Panoramic Annular Lens)的环行像存在畸变失真的现象,对全景环形透镜PAL的二维平面环形像设计了展开算法,分别在切向和径向进行线性化处理.算法采用了线性插值,使展开后图像无盲区,同时建立在FCP成像原理上的转化,实现了对二维平面PAL像进行真实恢复,且效果良好.     

特征平行直线的成像畸变现场校正

针对畸变对成像测量的影响,通过对摄像机畸变模型的分析,提出了一种基于特征平行直线的畸变现场校正方法.该方法分两步,非线性径向畸变的校正和透视畸变的校正.首先,提取图像中包含的多条特征直线,然后通过迭代法将成像后的弯曲直线拉直的方法获得系统非线性径向畸变参量,再用这些参量对非线性径向畸变进行校正,得到去非线性径向畸变的图像.通过对图像中的特征平行直线进行拟合,获得系统的透视畸变参量,并以这些参量反演迭代实现对透视畸变的校正,进而得到去透视畸变的图像.实验和仿真结果表明:该方法通过两步法利用图像中的特征平行直线先验知识能够有效实现对成像中多种畸变的一靶现场校正;对像机径向畸变和透视畸变的校正后相对误差均达到5%以内,适合于工程中基于图像的测量和目标识别中目标无固定位置的复合畸变的现场校正.     

高分辨PAL成像系统的设计研究

基于全景环形透镜的成像技术是全景成像中的一种最具潜力的成像方式,具有高分辨率的长焦距全景环形透镜成像系统光学结构较复杂,结构设计是首要解决的问题.本文根据全景环形透镜成像系统的光路结构及成像特性,详细讨论了全景环形透镜和转像透镜组两部分的设计方法,分别设计了单块全景环形透镜和复杂化全景环形透镜,并对它们的像差特性做了对比,分析了它们之间的光路衔接条件和像差补偿方案.该设计采用小尺寸CCD离轴扫描接收环形像,同时分析了这种扫描机构的可行性.系统要求在300m处需分辨250mm大小的物体,通过计算合理地选择了系统焦距和CCD型号并制定了一套技术指标.最终设计出了焦距8mm,F/#3.2,侧向视场40°~100°的高分辨全景环形透镜成像系统,系统由三胶合结构的全景环形透镜和8片6组的转像透镜组构成,所有表面均为球面.该系统全视场的调制传递函数在80lp/mm处均高于0.5,最大视场像面的相对照度高于0.95,全视场f-θ畸变在±3%以内,该设计很好地满足了使用要求.     

水平对称视场全景环带成像系统设计

为了进一步扩大视场,实现水平上下对称视场的全景环带成像,使用了一种新的利用非球面PMMA设计的全景环形透镜(PAL)。视场达到(-30°^+30°)×360°,并且缩小了中央处的盲区,提高了CCD的利用率。对全景环形透镜的视场和畸变控制方法进行了理论分析,介绍了非球面全景环带透镜的设计方法。设计了一套全非球面PMMA的全景环带系统。系统总长为53mm,焦距为2.85 mm,PAL最大口径为62.4 mm,光谱范围为0.486~0.656μm(可见光谱)。后继转像镜组由7片透镜构成,系统后焦距(BFL)为5.4mm。分析结果证明系统像差校正良好,扩大了系统的应用范围。     

水平场景无畸变折反射全景成像系统透镜畸变的消除

采用短焦距透镜设计水平场景无畸变折反射全景成像系统,会使系统更加小型化,然而短焦距透镜的畸变会对系统成像产生影响。为此建立了具有径向畸变的相机模型;根据这一相机模型,研究了采用短焦距摄像头的水平场景无畸变折反射全景成像系统中,透镜畸变对系统成像的影响,结果表明短焦距透镜的畸变会对系统成像产生严重影响;为了消除透镜畸变的影响,对反射镜的设计进行了改进,在反射镜面形微分方程中包含了透镜畸变消除的参量;按新的方法,设计了一套由短焦距摄像头组成的水平场景无畸变折反射全景成像系统。     

全景系统中大视场摄像机径向畸变校正算法研究

针对全景系统中的大视场红外摄像机和可见光摄像机带来的图像畸变问题,在分析了畸变原理和数学模型的基础上,首先采用模板法标定摄像机的畸变参数,然后对畸变图像中像素点位置进行几何变换,再对像素点上的灰度值进行双线性插值法灰度校正,最后通过优化算法提高了图像运算速度。试验结果表明,设计的畸变校正算法能实时的校正全景系统中的畸变图像,有效提高了全景图像的观察效果。     

动基座下全景成像系统图像稳定及目标检测算法研究

针对全景系统中大视场相机带来的图像畸变以及安装基座产生运动或摇摆时带来的目标拼接图像出现起伏和晃动问题,在分析畸变原理和全景图像动态稳定数学模型的基础上,首先对摄像机采集的图像进行畸变校正,然后根据安装基座的姿态数据对原始图像各像素点进行旋转变换、空间投影以及平滑处理后得到全景图像,最后基于深度学习算法对全景图像中的目标进行检测与识别。在建立的数据集上进行训练与测试的结果显示,该算法对船只目标的实时检测速度达25 fps,准确率达80%,能够满足动态条件下对图像稳定和船只目标实时检测的要求。     

利用预失真条纹校正PMP系统投影仪畸变的研究*

依据摄像机畸变模型提出了一种投影条纹相位畸变校正方法来简化相位-高度映射关系.该方法首先通过投两套互相垂直的相移正弦条纹,以相位值代替投影仪像素坐标,将投影仪当成摄像机看待,标定出投影仪的内参量.然后根据标定出的投影仪镜头畸变参量对理想相位施加反向的畸变,在投影时反向畸变的光栅通过镜头畸变,又成为理想的光栅,从而简化了相位-高度映射关系.实验中,虽然由于测量误差的影响,校正后的投影仪径向畸变系数还是比原来小了1个数量级.     

利用预失真条纹校正PMP系统投影仪畸变的研究

依据摄像机畸变模型提出了一种投影条纹相位畸变校正方法来简化相位-高度映射关系.该方法首先通过投两套互相垂直的相移正弦条纹,以相位值代替投影仪像素坐标,将投影仪当成摄像机看待,标定出投影仪的内参量.然后根据标定出的投影仪镜头畸变参量对理想相位施加反向的畸变,在投影时反向畸变的光栅通过镜头畸变,又成为理想的光栅,从而简化了相位-高度映射关系.实验中,虽然由于测量误差的影响,校正后的投影仪径向畸变系数还是比原来小了1个数量级.     

全景环形透镜环形象的线性化研究

全景环形透镜(PAL)独特的成象性能,即环绕光轴360°产生一个环形象且景深为无穷远,使得由PAL组成的观测系统没有活动部件能同时观察透镜周围的景物.但PAL所成的环形象不便于人眼观察和测量,有畸变、失真,为此,本文根据图象坐标变换,实现了一种环形象的线性恢复,即首先将环形象线性化处理,再对其进行插值,实验结果表明线性化效果较好.该图象处理技术可以为发挥PAL的许多潜在应用创造条件.     

一种基于共轭节面的图像畸变分析方法

无像差的光学相机的成像模型可由其共轭节面模型等效表示。针孔模型本身忽略了偏离该等效模型的误差,也无法表示平板玻璃的平移误差、光轴的安装误差以及实际相机光学系统的像差,这四个因素都会引起图像畸变。基于此利用共轭节面的性质建立了一种图像畸变几何模型,并与广泛采用的像差模型进行了对比,从理论上解释了像差模型各个系数的物理意义。对某实际针孔相机进行仿真分析,该几何模型给出的相对径向畸变、角度误差在设计参数的范围以内,并且可以模拟图像的非对称畸变。该几何模型需要辨识包含主面相关参数、光轴倾斜角和平板玻璃的轴向球差在内的4个参数,辨识参数较少,理论上可以作为一种新的图像畸变校正方法。     

Correcting non-linear lens distortion in cameras without using a model

Camera lens distortion calibration is the first step in resolving any metric application with a camera. To date, lens distortion was corrected using some existing lens distortion non-metric or self-calibration methods. Using a lens distortion model means defining a global rule to correct the entire image. This global rule does not take into account particular lens distortion effects not represented by the model. Moreover, to calibrate the model, only some features of the scene such as straight lines, circles or vanishing points are used. Since only the feature of the scene used to calibrate the model is guaranteed by the distortion rectification, it is certain that the model will not be precise. The result is an approximation of the real image distortion.To improve the lens distortion rectification, a method without using a model is proposed. Using a set of control points distributed across the entire image, they are corrected to assure all the restrictions of the scene. With both sets of points, the points detected in the image and the undistorted ones, image local transformations are defined considering only nearby control points. Rather than calibrating a global model, local functions are characterized. The distortion correction is defined by a rectification surface composed of local surface patches each influenced by nearby control points. This method is more sensitive to local deformations and allows the image to be corrected in accordance with its distortion.     

Calibration and correction of lens distortion for two-dimensional digital speckle correlation measurement

Lens distortion practically presents in optical imaging system using in two-dimensional digital speckle correlation measurement (2D-DSCM) system, and gives rise to additional errors in the displacement and strain measurement. Camera calibration procedure is performed to obtain the coefficients of radial distortion and tangential distortion. The corrected displacement fields can be calculated using the distortion coefficient. The influence of distortion on displacement and strain measurement errors in experiment is further discussed. The three-point bending test result shows that the camera lens calibration method can effectively eliminate the effect of lens distortion and improve displacement and strain measurement accuracy.     

CCD摄像机图像中心两种标定方法的应用研究

应用两种方法对CCD摄像机的图像中心进行标定;其中直接光学方法根据因镜头畸变造成的像素点在像面水平和垂直两个方向上分布的对称性得到图像中心;基于镜头畸变的透视投影方法利用具有精确定位点阵的平面模板及其在不同方位所成图像,标定出摄像机的内外参量,其中包含图像中心.标定过程考虑了两种主要的镜头畸变.针对某型摄像机及镜头,试验得出关于两种方法的适用性和优缺点,并验证了后一种方法的强收敛性.     

图像显示系统几何畸变的测量及校正

为了保证图像显示系统能够产生120°的大视场,在系统中使用了超广角耦合物镜,这样就不可避免地存在几何畸变。提出了一种基于点物成像原理,并采用数码相机和精密单轴转台进行畸变测量的方法,介绍了测量原理和测量过程,根据测量后得到的畸变规律,采用数字图像处理的方法对几何畸变进行了校正。校正后,图像显示系统的畸变小于0.4%,完全能够满足导弹景象匹配系统定位误差及定位概率的检测要求。     

基于畸变率的图像几何校正

大视场成像光学系统中的畸变会降低图像质量，必须预以校正。提出一种新的校正方法，即根据畸变率的定义推导出畸变校正公式。根据公式，在镜头畸变率已知的情况下可以很容易地校正畸变。对于畸变率未知的情况，给出了建立畸变模型的方法，通过畸变模型可近似计算畸变率。得出通过控制畸变模型中某一个形状的参数可以控制畸变量大小的结论。提出的方法已经在实际工程中采用。实践证明，这种模型可以满足大多数镜头的畸变校正要求。     

大视场短焦距镜头CCD摄像系统的畸变校正

从光学测量角度出发,结合计算机视觉中的摄像机标定方法,解决了大视场短焦距镜头CCD摄像系统的畸变校正问题。与摄像机标定不同,畸变校正中仅标定内部参数,外部参数作为已知条件。采用线性畸变模型,由最小二乘法解线性方程组得到摄像系统畸变模型的畸变系数。介绍了数字图像中像素间距和光学中心的标定方法。通过比较由标定参数得到的畸变图像和摄像机采集的畸变图像对实验标定精度进行评定,实验结果表明边缘视场(112°)的标定精度达到了0 75%。     

一种光学成像垂轴几何畸变校正方法

光学成像系统非线性几何畸变的校正仍是一个未能很好解决的课题，一些方法还不能很好地实用。本文对成像系统主要因镜头的失常导致的非线性几何畸变，分析了成像过程。提出一种以径向几何畸变为主的非线性几何畸变模型。依据此模型，提出一种通用的校正方法，应用计算机处理，可对实际的非线性几何畸变图像进行校正。文中用所提出的方法对实际成像的畸变进行了校正，给出了校正实验结果，校正效果良好，有一定的实验价值。