基于定位檢索的魚眼圖像校正處理
2014-03-15 01:47:44邵華
科技創新與應用 2014年8期
摘 要：魚眼鏡頭可以實現對人視野空間進行大視野顯示，在監控領域具有非常現實的應用，但其圖像具有非常嚴重的變形，因此需要對其進行圖像校正。本文提出了一種基于定位檢索的魚眼圖像校正處理方法，通過預先定位圖像獲得校正公式，并根據實際情況加入修正因子，獲取較滿意的校正效果，滿足于實際應用。
關鍵詞：魚眼圖像；畸變校正；定位檢索
隨著現代信息技術的飛速發展和社會對公共安全的日益關注，視頻監控技術在短短二十幾年內發生了翻天覆地變化，從最早模擬監控技術到前些年火熱數字監控技術，一直發展到現在方興未艾的網絡視頻監控技術。與此同時，高速增長的視頻監控系統市場也對視頻監控的功能要求越來越多，比如在交通路口、酒店大堂等地方就希望能夠實現實現在同一時間地點的大范圍目標的持續監控。大范圍目標持續監控可以通過兩種模式得以實現，一種是通過對多個普通攝像頭所獲得的圖像進行軟件疊加處理，該模式充分利用現有技術，實現簡單，但是多個攝像頭的布局有一定要求，工程安裝復雜，同時多個攝像頭及復雜布線所帶來的現實成本較高，不利于推廣；一種是通過魚眼鏡頭進行圖像采集，然后將所采集到的畸變圖像通過嵌入式系統進行校正，然后送出正常圖像，該模式需要通過一定算法對魚眼畸變圖像進行實時校正，技術含量高，但是該模式工程安裝方便，硬件成本較低，是目前大范圍目標持續監控發展的主流方向。
本文主要研究任務是要基于當前主流魚眼畸變校正算法的基礎上，設計出基于DSP實現的魚眼圖像采集校正處理系統，要求圖像校正質量得到一定保證、運算速度達到實時采集目的，并將校正后的圖像數據進行壓縮送入網絡，實現網絡視頻監控功能。
1 魚眼鏡頭成像原理
魚眼鏡頭可以實現對人視野空間進行大視野顯示，當魚眼鏡頭朝前拍攝時可以達到180°左右的視域，當朝下拍攝時更可以達到360°左右的視域。魚眼鏡頭成像時候在徑向方向（垂直方向）上隱含了物體的高度信息，在切向方向（水平方向）上隱含了物體的左右信息，因此該圖像中心處疏而大，外圈密而小，稱在非常嚴重的變形。
假設我們把魚眼鏡頭放在坐標原點，其拍攝方向沿著OZ軸正向進行，那么魚眼圖像應該成像在OXY平面上，則其成像基本原理可以如圖1所示：設半球面S方程為 ，
其中（x0，y0，z0）為O點坐標，r為半徑，如果對空間景物上任意一點P1，連接O和P1交S于點P2，然后過P2作Z軸的平行線交OX軸于P3點，P3點便是用魚眼鏡頭拍攝所成的像。若將空間上所有的景物點都按上述方法投影到OXY平面，所獲得的圖像即畸變的魚眼圖像。
2 基于定位檢索的魚眼圖像校正算法
根據魚眼鏡頭成像原理中的球面坐標模型（x-x0）2+（y-y0）2+（z-z0）2=r2建立標準坐標系OXY，假設魚眼鏡頭位于坐標原點O，其拍攝方向沿著OZ軸正向進行，拍攝后的魚眼圖像落在OXY平面上，如圖2所示。
圖1 魚眼鏡頭成像原理 圖2 魚眼成像投射對應關系示意
設OXY平面上的點q為成像視野區域內一成像點q'的成像，當成像點q與坐標原點o的距離l小于等于魚眼鏡頭成像原理中球面坐標模型的球面半徑r的四分之一時，由式（1）求出魚眼展開圖像點q'與展開圖像中心位置o'的距離。
（1）
當成像點q與坐標原點o的距離l大于等于魚眼鏡頭成像原理中球面坐標模型的球面半徑r的四分之一時，由式（2）求出魚眼展開圖像點q'與展開圖像中心位置o'的距離。
（2）
其中l'為展開圖像點q'與展開圖像中心位置o'之間的距離，l為投影成像點q與投影坐標原點o的距離，r為魚眼成像球面坐標模型的球面半徑，m和n為修正參數；
最后，通過成像點q在OXY平面所形成的角度？茲通過式3計算出圖像點q'在展開圖像中的位置。
（3）
3 應用與結果分析
運用MATLBA軟件對本文提出的圖像校正算法進行實驗，得到了比較滿意的結果。
（a）魚眼圖像原圖1 （b）校正后圖像1
（c）魚眼圖像原圖2 （d）校正后圖像2
圖3 魚眼圖像校正前后對比圖像
4 結束語
本文提出一種通過定位檢索的算法進行魚眼圖像的畸變校正，建立了魚眼成像平面與球面模型間的校正映射關系，進而完成魚眼圖像的有效校正，實現了真實場景的還原，取
得了比較滿意的校正效果。
參考文獻
[1]邱志強，陸宏偉，于起峰. 用射影不變性糾正魚眼鏡頭畸變[J].應用光學，2003，24（5）：36-38.
[2]黃有度，蘇化明.一種魚眼圖像到透視投影圖像的變換模型[J].系統仿真學報，2005，17（1）：29-23.
[3]崔漢國，陳軍，王大宇.魚眼圖像校正及拼接的研究與實現[J].計算機工程，2007，33（10）：190-192.
[4]王大宇，崔漢國，陳軍.魚眼圖像輪廓提取及校正研究[J].計算機工程與設計，2007，28（12）：2878-2882.
[5]楊玲，成運.用經緯映射的魚眼圖像較真設計方法[J].工程圖學學報，2010，6：19-22.
作者簡介：邵華（1979-），男，浙江杭州人，講師、工程師，碩士研究生，研究方向：光電圖像采集與處理。endprint
摘 要：魚眼鏡頭可以實現對人視野空間進行大視野顯示，在監控領域具有非常現實的應用，但其圖像具有非常嚴重的變形，因此需要對其進行圖像校正。本文提出了一種基于定位檢索的魚眼圖像校正處理方法，通過預先定位圖像獲得校正公式，并根據實際情況加入修正因子，獲取較滿意的校正效果，滿足于實際應用。
關鍵詞：魚眼圖像；畸變校正；定位檢索
隨著現代信息技術的飛速發展和社會對公共安全的日益關注，視頻監控技術在短短二十幾年內發生了翻天覆地變化，從最早模擬監控技術到前些年火熱數字監控技術，一直發展到現在方興未艾的網絡視頻監控技術。與此同時，高速增長的視頻監控系統市場也對視頻監控的功能要求越來越多，比如在交通路口、酒店大堂等地方就希望能夠實現實現在同一時間地點的大范圍目標的持續監控。大范圍目標持續監控可以通過兩種模式得以實現，一種是通過對多個普通攝像頭所獲得的圖像進行軟件疊加處理，該模式充分利用現有技術，實現簡單，但是多個攝像頭的布局有一定要求，工程安裝復雜，同時多個攝像頭及復雜布線所帶來的現實成本較高，不利于推廣；一種是通過魚眼鏡頭進行圖像采集，然后將所采集到的畸變圖像通過嵌入式系統進行校正，然后送出正常圖像，該模式需要通過一定算法對魚眼畸變圖像進行實時校正，技術含量高，但是該模式工程安裝方便，硬件成本較低，是目前大范圍目標持續監控發展的主流方向。
本文主要研究任務是要基于當前主流魚眼畸變校正算法的基礎上，設計出基于DSP實現的魚眼圖像采集校正處理系統，要求圖像校正質量得到一定保證、運算速度達到實時采集目的，并將校正后的圖像數據進行壓縮送入網絡，實現網絡視頻監控功能。
1 魚眼鏡頭成像原理
魚眼鏡頭可以實現對人視野空間進行大視野顯示，當魚眼鏡頭朝前拍攝時可以達到180°左右的視域，當朝下拍攝時更可以達到360°左右的視域。魚眼鏡頭成像時候在徑向方向（垂直方向）上隱含了物體的高度信息，在切向方向（水平方向）上隱含了物體的左右信息，因此該圖像中心處疏而大，外圈密而小，稱在非常嚴重的變形。
假設我們把魚眼鏡頭放在坐標原點，其拍攝方向沿著OZ軸正向進行，那么魚眼圖像應該成像在OXY平面上，則其成像基本原理可以如圖1所示：設半球面S方程為 ，
其中（x0，y0，z0）為O點坐標，r為半徑，如果對空間景物上任意一點P1，連接O和P1交S于點P2，然后過P2作Z軸的平行線交OX軸于P3點，P3點便是用魚眼鏡頭拍攝所成的像。若將空間上所有的景物點都按上述方法投影到OXY平面，所獲得的圖像即畸變的魚眼圖像。
2 基于定位檢索的魚眼圖像校正算法
根據魚眼鏡頭成像原理中的球面坐標模型（x-x0）2+（y-y0）2+（z-z0）2=r2建立標準坐標系OXY，假設魚眼鏡頭位于坐標原點O，其拍攝方向沿著OZ軸正向進行，拍攝后的魚眼圖像落在OXY平面上，如圖2所示。
圖1 魚眼鏡頭成像原理 圖2 魚眼成像投射對應關系示意
設OXY平面上的點q為成像視野區域內一成像點q'的成像，當成像點q與坐標原點o的距離l小于等于魚眼鏡頭成像原理中球面坐標模型的球面半徑r的四分之一時，由式（1）求出魚眼展開圖像點q'與展開圖像中心位置o'的距離。
（1）
當成像點q與坐標原點o的距離l大于等于魚眼鏡頭成像原理中球面坐標模型的球面半徑r的四分之一時，由式（2）求出魚眼展開圖像點q'與展開圖像中心位置o'的距離。
（2）
其中l'為展開圖像點q'與展開圖像中心位置o'之間的距離，l為投影成像點q與投影坐標原點o的距離，r為魚眼成像球面坐標模型的球面半徑，m和n為修正參數；
最后，通過成像點q在OXY平面所形成的角度？茲通過式3計算出圖像點q'在展開圖像中的位置。
（3）
3 應用與結果分析
運用MATLBA軟件對本文提出的圖像校正算法進行實驗，得到了比較滿意的結果。
（a）魚眼圖像原圖1 （b）校正后圖像1
（c）魚眼圖像原圖2 （d）校正后圖像2
圖3 魚眼圖像校正前后對比圖像
4 結束語
本文提出一種通過定位檢索的算法進行魚眼圖像的畸變校正，建立了魚眼成像平面與球面模型間的校正映射關系，進而完成魚眼圖像的有效校正，實現了真實場景的還原，取
得了比較滿意的校正效果。
參考文獻
[1]邱志強，陸宏偉，于起峰. 用射影不變性糾正魚眼鏡頭畸變[J].應用光學，2003，24（5）：36-38.
[2]黃有度，蘇化明.一種魚眼圖像到透視投影圖像的變換模型[J].系統仿真學報，2005，17（1）：29-23.
[3]崔漢國，陳軍，王大宇.魚眼圖像校正及拼接的研究與實現[J].計算機工程，2007，33（10）：190-192.
[4]王大宇，崔漢國，陳軍.魚眼圖像輪廓提取及校正研究[J].計算機工程與設計，2007，28（12）：2878-2882.
[5]楊玲，成運.用經緯映射的魚眼圖像較真設計方法[J].工程圖學學報，2010，6：19-22.
作者簡介：邵華（1979-），男，浙江杭州人，講師、工程師，碩士研究生，研究方向：光電圖像采集與處理。endprint
摘 要：魚眼鏡頭可以實現對人視野空間進行大視野顯示，在監控領域具有非常現實的應用，但其圖像具有非常嚴重的變形，因此需要對其進行圖像校正。本文提出了一種基于定位檢索的魚眼圖像校正處理方法，通過預先定位圖像獲得校正公式，并根據實際情況加入修正因子，獲取較滿意的校正效果，滿足于實際應用。
關鍵詞：魚眼圖像；畸變校正；定位檢索
隨著現代信息技術的飛速發展和社會對公共安全的日益關注，視頻監控技術在短短二十幾年內發生了翻天覆地變化，從最早模擬監控技術到前些年火熱數字監控技術，一直發展到現在方興未艾的網絡視頻監控技術。與此同時，高速增長的視頻監控系統市場也對視頻監控的功能要求越來越多，比如在交通路口、酒店大堂等地方就希望能夠實現實現在同一時間地點的大范圍目標的持續監控。大范圍目標持續監控可以通過兩種模式得以實現，一種是通過對多個普通攝像頭所獲得的圖像進行軟件疊加處理，該模式充分利用現有技術，實現簡單，但是多個攝像頭的布局有一定要求，工程安裝復雜，同時多個攝像頭及復雜布線所帶來的現實成本較高，不利于推廣；一種是通過魚眼鏡頭進行圖像采集，然后將所采集到的畸變圖像通過嵌入式系統進行校正，然后送出正常圖像，該模式需要通過一定算法對魚眼畸變圖像進行實時校正，技術含量高，但是該模式工程安裝方便，硬件成本較低，是目前大范圍目標持續監控發展的主流方向。
本文主要研究任務是要基于當前主流魚眼畸變校正算法的基礎上，設計出基于DSP實現的魚眼圖像采集校正處理系統，要求圖像校正質量得到一定保證、運算速度達到實時采集目的，并將校正后的圖像數據進行壓縮送入網絡，實現網絡視頻監控功能。
1 魚眼鏡頭成像原理
魚眼鏡頭可以實現對人視野空間進行大視野顯示，當魚眼鏡頭朝前拍攝時可以達到180°左右的視域，當朝下拍攝時更可以達到360°左右的視域。魚眼鏡頭成像時候在徑向方向（垂直方向）上隱含了物體的高度信息，在切向方向（水平方向）上隱含了物體的左右信息，因此該圖像中心處疏而大，外圈密而小，稱在非常嚴重的變形。
假設我們把魚眼鏡頭放在坐標原點，其拍攝方向沿著OZ軸正向進行，那么魚眼圖像應該成像在OXY平面上，則其成像基本原理可以如圖1所示：設半球面S方程為 ，
其中（x0，y0，z0）為O點坐標，r為半徑，如果對空間景物上任意一點P1，連接O和P1交S于點P2，然后過P2作Z軸的平行線交OX軸于P3點，P3點便是用魚眼鏡頭拍攝所成的像。若將空間上所有的景物點都按上述方法投影到OXY平面，所獲得的圖像即畸變的魚眼圖像。
2 基于定位檢索的魚眼圖像校正算法
根據魚眼鏡頭成像原理中的球面坐標模型（x-x0）2+（y-y0）2+（z-z0）2=r2建立標準坐標系OXY，假設魚眼鏡頭位于坐標原點O，其拍攝方向沿著OZ軸正向進行，拍攝后的魚眼圖像落在OXY平面上，如圖2所示。
圖1 魚眼鏡頭成像原理 圖2 魚眼成像投射對應關系示意
設OXY平面上的點q為成像視野區域內一成像點q'的成像，當成像點q與坐標原點o的距離l小于等于魚眼鏡頭成像原理中球面坐標模型的球面半徑r的四分之一時，由式（1）求出魚眼展開圖像點q'與展開圖像中心位置o'的距離。
（1）
當成像點q與坐標原點o的距離l大于等于魚眼鏡頭成像原理中球面坐標模型的球面半徑r的四分之一時，由式（2）求出魚眼展開圖像點q'與展開圖像中心位置o'的距離。
（2）
其中l'為展開圖像點q'與展開圖像中心位置o'之間的距離，l為投影成像點q與投影坐標原點o的距離，r為魚眼成像球面坐標模型的球面半徑，m和n為修正參數；
最后，通過成像點q在OXY平面所形成的角度？茲通過式3計算出圖像點q'在展開圖像中的位置。
（3）
3 應用與結果分析
運用MATLBA軟件對本文提出的圖像校正算法進行實驗，得到了比較滿意的結果。
（a）魚眼圖像原圖1 （b）校正后圖像1
（c）魚眼圖像原圖2 （d）校正后圖像2
圖3 魚眼圖像校正前后對比圖像
4 結束語
本文提出一種通過定位檢索的算法進行魚眼圖像的畸變校正，建立了魚眼成像平面與球面模型間的校正映射關系，進而完成魚眼圖像的有效校正，實現了真實場景的還原，取
得了比較滿意的校正效果。
參考文獻
[1]邱志強，陸宏偉，于起峰. 用射影不變性糾正魚眼鏡頭畸變[J].應用光學，2003，24（5）：36-38.
[2]黃有度，蘇化明.一種魚眼圖像到透視投影圖像的變換模型[J].系統仿真學報，2005，17（1）：29-23.
[3]崔漢國，陳軍，王大宇.魚眼圖像校正及拼接的研究與實現[J].計算機工程，2007，33（10）：190-192.
[4]王大宇，崔漢國，陳軍.魚眼圖像輪廓提取及校正研究[J].計算機工程與設計，2007，28（12）：2878-2882.
[5]楊玲，成運.用經緯映射的魚眼圖像較真設計方法[J].工程圖學學報，2010，6：19-22.
作者簡介：邵華（1979-），男，浙江杭州人，講師、工程師，碩士研究生，研究方向：光電圖像采集與處理。endprint
