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。     

一种成像测量图像径向几何畸变的校正方法

通过对具有径向畸变的摄像机模型的分析,设计了一套求解图像径向几何畸变中心和畸变多项式系数的方案。首先,依据校正样板曲线的弯曲程度应用一元线性回归法和逐次逼近法求取光学图像的几何畸变中心,然后应用递推最小二乘法求解径向几何畸变的多项式系数,最后根据所得到的畸变中心和畸变多项式系数对图像进行校正得到满足要求的图像。仿真试验证明:该方法可以通过一次采集单幅图像对成像系统进行高精度标定,能够对成像测量系统的径向几何畸变进行一定精度的校正。实践证明:该方法通过图像处理的方法提高成像测量系统的精度,降低了系统的设计成本,可以作为成像测量系统中单独标定摄像机畸变参数的一种简单有效的方法。     

一种基于现场定标的光电图像畸变校正算法

针对CCD摄像机所采集的图像存在畸变问题,提出了一种基于现场定标法的多项式变形技术和三元卷积算法,对其进行校正.灰阶Sobel算子通过引入衰减因子对图像进行边缘检测得到不失真的灰阶边缘图,然后将灰阶边缘图进行三次样条插值处理,使标准定标图案边缘的定位达到亚像素级,提高了图像边缘检测的精度.利用建立的校正畸变的函数关系式,实现空间几何坐标变换,既保证特殊环境下的图像测量具有足够高的精度,又使光电图像几何畸变校正达到很好的效果.     

采用广角数码相机测量图像显示系统的几何畸变

准确地测量含有广角耦合物镜的图像显示系统的几何畸变是实现图像显示系统几何畸变数字校正的前提和关键。提出了一种以非量测广角数码相机为测量设备的几何畸变的测量方法,首先给出了广角数码相机镜头畸变的标定方法,确定了数码相机镜头畸变系数,然后讨论了基于广角数码相机和Photoshop软件进行图像显示系统几何畸变测量的测量方法,分析了影响测量精度的因素。最后,将本文的测量结果与基于点物成像原理,采用单轴转台和普通数码相机进行测量的测量结果进行了对比,二者吻合得较好。从测量结果看,本文给出的测量方法,其测量精度可以满足工程要求,简单、易行。     

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.     

基于内窥图像畸变校正的孔内表面尺寸测量方法

针对孔内表面缺陷尺寸测量难的问题，提出一种内窥图像校正方法以实现孔内表面尺寸测量。根据内窥成像原理，在考虑应用场景几何约束的情况下，将图像畸变分解为周向畸变和轴向畸变，将校正模型中的参数简化为图像中心坐标和一个非线性增长函数，进而提高了内窥镜图像边缘区域的校正精度。采用Hough变换和图像像素标定的方法得到相关参数，为克服轴向校正对标定结果的依赖，采用神经网络算法拟合包含像素相对位置和孔径的轴向校正函数。实验结果表明，基于像素标定的6组实验的平均测量误差为1.95%，准确度高。对于不具备标定条件的孔内表面缺陷，采用轴向校正函数进行校正和测量，3组实验的平均测量误差为6.75%，结果较为理想。所提出的校正方法通用性好、准确率高，可用于孔类零件及管道的自动化检测和智能检测。     

基于共线向量的非量测镜头畸变校正

针对传统摄像机标定算法中摄像机内外参数与镜头畸变之间存在耦合,提出了一种将镜头畸变从摄像机参数中分离出来单独求解的算法。算法基于"三维空间中的直线经过遵循透视模型的相机投影,在相机平面上仍是直线"这一基本属性。对于无畸变图像,直线上任意两特征点构成的共线向量外积应为零向量。利用非线性优化方法求解畸变参数,讨论了畸变中心与畸变系数之间的耦合性。设计了一种畸变校正效果评估方法,证明了结果的正确性。完成畸变校正后,摄像机的内外参数可线性求解。实验表明,该方法仅需一张图片即可完成所有摄像机参数的求解,提高了标定效率,且稳定度高,精度与传统标定方法相当。     

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。     

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%。     

复眼式光学成像系统畸变测量与校正技术研究

复眼式光学成像系统在大视场侦查、图像识别、目标探测等领域较传统单孔径光学系统优势突出,但随着视场的增加,子孔径本身的成像畸变及多个子孔径的安装位置误差引起的畸变会直接影响拼接图像的质量。针对该问题,采用光电测量技术对复眼系统进行畸变测量与校正,生成多模动态电子畸变测量靶标,构建畸变测量校正模型,建立多项式拟合算法,采用最小二乘法获得畸变系数,通过双线性插值法模型对图像进行重建。实验结果表明,校正后的平均相对畸变优于0.1%,满足大视场复眼式光学成像系统的畸变校正和图像拼接的精度要求。     

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。     

广角红外地球敏感器光学系统设计及畸变校正

为了满足低轨道航天器姿态轨道控制系统对小型化地球敏感器的需求,对广角长波红外地球敏感器光学系统设计及成像畸变校正技术进行了研究。广角长波红外光学系统采用反远距结构形式,由三片锗透镜实现140°的视场角,光学系统工作波段为14 μm~16.25 μm,F数为0.8。广角长波红外光学系统体积小、结构简单,并且成像质量良好,实现了红外地球敏感器光学系统的小型化高精度设计。采用分视场区间分别建立畸变校正公式的方法来实现光学系统成像畸变校正,校正精度优于像元尺寸的1/5,可满足敏感器产品姿态测量的需求。     

高分辨率长焦广角低畸变光学成像系统设计

鉴于全视角高精度三维测量仪中现有光学成像系统无法同时满足大视角、高分辨率和低畸变等技术指标,为此设计了一种能够同时克服上述缺陷的光学成像和畸变校正系统。采用复杂化双高斯结构形式进行f-θ镜头设计,引入非球面提高系统成像质量。实验结果表明,设计的光学系统为长焦广角低畸变高分辨率光学系统,在环境温度-10 ℃~70 ℃下,视场角达到90°,畸变小于-0.001 67%,传递函数达到0.4@100 lp/mm,可实现工作距离3 m~100 m成像清晰。同时,光学系统中非球面镜片的面型精度会对成像质量产生很大的影响,根据公差分析,非球面的面型精度PV值小于0.17 μm时系统成像质量满足要求,实际加工过程中非球面面型PV值达到0.158 μm,传递函数达到设计指标要求,提高了系统的成像质量。     

短焦矩大视场光学系统的畸变校正

本文对短焦矩大视场光学系统的畸变校正进行了讨论,并建立了畸变校正的数学模型,对提高畸变校正精度的途径和技巧进行了探讨和尝试.     

基于球面透视投影约束的全景环形透镜畸变校正

全景环形透镜将折反射面集成到一起,能无扫描地瞬时得到围绕光轴的360度超大视场,在机器人导航、视频监控和虚拟现实领域得到了广泛的应用.其成像机理是将围绕光轴的视场二次反射投影到环形平面上,图像存在严重的切向和径向畸变.本文根据全景环形透镜的特点采用基于球面透视投影模型对图像进行校正.首先建立含有畸变参量的全景环形透镜校正模型,将空间直线点映射为球面点,然后使用遗传算法将球面点拟合为球面上的最佳大圆,求出变形校正参量,进而校正全景环形像.仿真和真实图像实验表明,环形图像的切向和径向畸变得到了很好的校正.     

书籍扫描图像畸变模型的可视化描述及应用

利用设备无关显示技术在计算机屏幕上显示一条仿真曲线、一个矩形和一个箭头,可视化地描述在扫描时书籍页边的变形情况、页面上的均匀条带及成像系统对称中心的位置。通过调整仿真曲线,使之较好地反映页边实际变形,并使矩形的大小和位置及箭头的位置合适,可对存在严重畸变的书籍扫描图像进行较好的校正,而无需用户精确地测量这些随具体情况而变化的参数。校正后,用OCR(Optical Character Recognition)软件进行文字识别时,总的平均纠错率为94.5%,页平均纠错率最高达99.6%。用TWAIN(Technology Without An Interesting Name)标准直接从扫描仪读取图像数据,并用椭圆拟合方法方便地测量扫描仪的成像畸变系数。     

Distortions of videofiberoscopy imaging: Reconsideration and correction

An analysis was made of the optical distortion of a lens system of a fiberscope and the distortion related to lens-object angles and lens-object distances used in laryngeal flexible endoscopic examinations. The optical distortion was systematic and, therefore, could be corrected through computer processing once the calibration was made. Similarly, the distortion related to the lens-object angle and distance varied systematically depending on distance and angle and, therefore, could be predicted if those parameters were measured simultaneously. The correction of those distortions of videofiberoscopic image is demonstrated, and a procedure for recording and measuring laryngeal images that minimizes measurement error due to those distortions is suggested.     

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。     

平面物体在曲面状态下扫描仪图像的校正理论

平面物体在曲面状态下经扫描仪扫描后,其图像将发生复杂的畸变。提出将其分类为灰度畸变、投影畸变和成像畸变。通过理论分析,提出了在二元曲面模型下对投影畸变和成像畸变进行数字校正的方法,给出了对灰度畸变进行数字校正的实用方法。