基于定位检索的鱼眼图像校正处理
2014-03-15 01:47邵华
科技创新与应用 2014年8期
摘 要：鱼眼镜头可以实现对人视野空间进行大视野显示，在监控领域具有非常现实的应用，但其图像具有非常严重的变形，因此需要对其进行图像校正。本文提出了一种基于定位检索的鱼眼图像校正处理方法，通过预先定位图像获得校正公式，并根据实际情况加入修正因子，获取较满意的校正效果，满足于实际应用。
关键词：鱼眼图像；畸变校正；定位检索
随着现代信息技术的飞速发展和社会对公共安全的日益关注，视频监控技术在短短二十几年内发生了翻天覆地变化，从最早模拟监控技术到前些年火热数字监控技术，一直发展到现在方兴未艾的网络视频监控技术。与此同时，高速增长的视频监控系统市场也对视频监控的功能要求越来越多，比如在交通路口、酒店大堂等地方就希望能够实现实现在同一时间地点的大范围目标的持续监控。大范围目标持续监控可以通过两种模式得以实现，一种是通过对多个普通摄像头所获得的图像进行软件叠加处理，该模式充分利用现有技术，实现简单，但是多个摄像头的布局有一定要求，工程安装复杂，同时多个摄像头及复杂布线所带来的现实成本较高，不利于推广；一种是通过鱼眼镜头进行图像采集，然后将所采集到的畸变图像通过嵌入式系统进行校正，然后送出正常图像，该模式需要通过一定算法对鱼眼畸变图像进行实时校正，技术含量高，但是该模式工程安装方便，硬件成本较低，是目前大范围目标持续监控发展的主流方向。
本文主要研究任务是要基于当前主流鱼眼畸变校正算法的基础上，设计出基于DSP实现的鱼眼图像采集校正处理系统，要求图像校正质量得到一定保证、运算速度达到实时采集目的，并将校正后的图像数据进行压缩送入网络，实现网络视频监控功能。
1 鱼眼镜头成像原理
鱼眼镜头可以实现对人视野空间进行大视野显示，当鱼眼镜头朝前拍摄时可以达到180°左右的视域，当朝下拍摄时更可以达到360°左右的视域。鱼眼镜头成像时候在径向方向（垂直方向）上隐含了物体的高度信息，在切向方向（水平方向）上隐含了物体的左右信息，因此该图像中心处疏而大，外圈密而小，称在非常严重的变形。
假设我们把鱼眼镜头放在坐标原点，其拍摄方向沿着OZ轴正向进行，那么鱼眼图像应该成像在OXY平面上，则其成像基本原理可以如图1所示：设半球面S方程为 ，
其中（x0，y0，z0）为O点坐标，r为半径，如果对空间景物上任意一点P1，连接O和P1交S于点P2，然后过P2作Z轴的平行线交OX轴于P3点，P3点便是用鱼眼镜头拍摄所成的像。若将空间上所有的景物点都按上述方法投影到OXY平面，所获得的图像即畸变的鱼眼图像。
2 基于定位检索的鱼眼图像校正算法
根据鱼眼镜头成像原理中的球面坐标模型（x-x0）2+（y-y0）2+（z-z0）2=r2建立标准坐标系OXY，假设鱼眼镜头位于坐标原点O，其拍摄方向沿着OZ轴正向进行，拍摄后的鱼眼图像落在OXY平面上，如图2所示。
图1 鱼眼镜头成像原理 图2 鱼眼成像投射对应关系示意
设OXY平面上的点q为成像视野区域内一成像点q'的成像，当成像点q与坐标原点o的距离l小于等于鱼眼镜头成像原理中球面坐标模型的球面半径r的四分之一时，由式（1）求出鱼眼展开图像点q'与展开图像中心位置o'的距离。
（1）
当成像点q与坐标原点o的距离l大于等于鱼眼镜头成像原理中球面坐标模型的球面半径r的四分之一时，由式（2）求出鱼眼展开图像点q'与展开图像中心位置o'的距离。
（2）
其中l'为展开图像点q'与展开图像中心位置o'之间的距离，l为投影成像点q与投影坐标原点o的距离，r为鱼眼成像球面坐标模型的球面半径，m和n为修正参数；
最后，通过成像点q在OXY平面所形成的角度？兹通过式3计算出图像点q'在展开图像中的位置。
（3）
3 应用与结果分析
运用MATLBA软件对本文提出的图像校正算法进行实验，得到了比较满意的结果。
（a）鱼眼图像原图1 （b）校正后图像1
（c）鱼眼图像原图2 （d）校正后图像2
图3 鱼眼图像校正前后对比图像
4 结束语
本文提出一种通过定位检索的算法进行鱼眼图像的畸变校正，建立了鱼眼成像平面与球面模型间的校正映射关系，进而完成鱼眼图像的有效校正，实现了真实场景的还原，取
得了比较满意的校正效果。
参考文献
[1]邱志强，陆宏伟，于起峰. 用射影不变性纠正鱼眼镜头畸变[J].应用光学，2003，24（5）：36-38.
[2]黄有度，苏化明.一种鱼眼图像到透视投影图像的变换模型[J].系统仿真学报，2005，17（1）：29-23.
[3]崔汉国，陈军，王大宇.鱼眼图像校正及拼接的研究与实现[J].计算机工程，2007，33（10）：190-192.
[4]王大宇，崔汉国，陈军.鱼眼图像轮廓提取及校正研究[J].计算机工程与设计，2007，28（12）：2878-2882.
[5]杨玲，成运.用经纬映射的鱼眼图像较真设计方法[J].工程图学学报，2010，6：19-22.
作者简介：邵华（1979-），男，浙江杭州人，讲师、工程师，硕士研究生，研究方向：光电图像采集与处理。endprint
摘 要：鱼眼镜头可以实现对人视野空间进行大视野显示，在监控领域具有非常现实的应用，但其图像具有非常严重的变形，因此需要对其进行图像校正。本文提出了一种基于定位检索的鱼眼图像校正处理方法，通过预先定位图像获得校正公式，并根据实际情况加入修正因子，获取较满意的校正效果，满足于实际应用。
关键词：鱼眼图像；畸变校正；定位检索
随着现代信息技术的飞速发展和社会对公共安全的日益关注，视频监控技术在短短二十几年内发生了翻天覆地变化，从最早模拟监控技术到前些年火热数字监控技术，一直发展到现在方兴未艾的网络视频监控技术。与此同时，高速增长的视频监控系统市场也对视频监控的功能要求越来越多，比如在交通路口、酒店大堂等地方就希望能够实现实现在同一时间地点的大范围目标的持续监控。大范围目标持续监控可以通过两种模式得以实现，一种是通过对多个普通摄像头所获得的图像进行软件叠加处理，该模式充分利用现有技术，实现简单，但是多个摄像头的布局有一定要求，工程安装复杂，同时多个摄像头及复杂布线所带来的现实成本较高，不利于推广；一种是通过鱼眼镜头进行图像采集，然后将所采集到的畸变图像通过嵌入式系统进行校正，然后送出正常图像，该模式需要通过一定算法对鱼眼畸变图像进行实时校正，技术含量高，但是该模式工程安装方便，硬件成本较低，是目前大范围目标持续监控发展的主流方向。
本文主要研究任务是要基于当前主流鱼眼畸变校正算法的基础上，设计出基于DSP实现的鱼眼图像采集校正处理系统，要求图像校正质量得到一定保证、运算速度达到实时采集目的，并将校正后的图像数据进行压缩送入网络，实现网络视频监控功能。
1 鱼眼镜头成像原理
鱼眼镜头可以实现对人视野空间进行大视野显示，当鱼眼镜头朝前拍摄时可以达到180°左右的视域，当朝下拍摄时更可以达到360°左右的视域。鱼眼镜头成像时候在径向方向（垂直方向）上隐含了物体的高度信息，在切向方向（水平方向）上隐含了物体的左右信息，因此该图像中心处疏而大，外圈密而小，称在非常严重的变形。
假设我们把鱼眼镜头放在坐标原点，其拍摄方向沿着OZ轴正向进行，那么鱼眼图像应该成像在OXY平面上，则其成像基本原理可以如图1所示：设半球面S方程为 ，
其中（x0，y0，z0）为O点坐标，r为半径，如果对空间景物上任意一点P1，连接O和P1交S于点P2，然后过P2作Z轴的平行线交OX轴于P3点，P3点便是用鱼眼镜头拍摄所成的像。若将空间上所有的景物点都按上述方法投影到OXY平面，所获得的图像即畸变的鱼眼图像。
2 基于定位检索的鱼眼图像校正算法
根据鱼眼镜头成像原理中的球面坐标模型（x-x0）2+（y-y0）2+（z-z0）2=r2建立标准坐标系OXY，假设鱼眼镜头位于坐标原点O，其拍摄方向沿着OZ轴正向进行，拍摄后的鱼眼图像落在OXY平面上，如图2所示。
图1 鱼眼镜头成像原理 图2 鱼眼成像投射对应关系示意
设OXY平面上的点q为成像视野区域内一成像点q'的成像，当成像点q与坐标原点o的距离l小于等于鱼眼镜头成像原理中球面坐标模型的球面半径r的四分之一时，由式（1）求出鱼眼展开图像点q'与展开图像中心位置o'的距离。
（1）
当成像点q与坐标原点o的距离l大于等于鱼眼镜头成像原理中球面坐标模型的球面半径r的四分之一时，由式（2）求出鱼眼展开图像点q'与展开图像中心位置o'的距离。
（2）
其中l'为展开图像点q'与展开图像中心位置o'之间的距离，l为投影成像点q与投影坐标原点o的距离，r为鱼眼成像球面坐标模型的球面半径，m和n为修正参数；
最后，通过成像点q在OXY平面所形成的角度？兹通过式3计算出图像点q'在展开图像中的位置。
（3）
3 应用与结果分析
运用MATLBA软件对本文提出的图像校正算法进行实验，得到了比较满意的结果。
（a）鱼眼图像原图1 （b）校正后图像1
（c）鱼眼图像原图2 （d）校正后图像2
图3 鱼眼图像校正前后对比图像
4 结束语
本文提出一种通过定位检索的算法进行鱼眼图像的畸变校正，建立了鱼眼成像平面与球面模型间的校正映射关系，进而完成鱼眼图像的有效校正，实现了真实场景的还原，取
得了比较满意的校正效果。
参考文献
[1]邱志强，陆宏伟，于起峰. 用射影不变性纠正鱼眼镜头畸变[J].应用光学，2003，24（5）：36-38.
[2]黄有度，苏化明.一种鱼眼图像到透视投影图像的变换模型[J].系统仿真学报，2005，17（1）：29-23.
[3]崔汉国，陈军，王大宇.鱼眼图像校正及拼接的研究与实现[J].计算机工程，2007，33（10）：190-192.
[4]王大宇，崔汉国，陈军.鱼眼图像轮廓提取及校正研究[J].计算机工程与设计，2007，28（12）：2878-2882.
[5]杨玲，成运.用经纬映射的鱼眼图像较真设计方法[J].工程图学学报，2010，6：19-22.
作者简介：邵华（1979-），男，浙江杭州人，讲师、工程师，硕士研究生，研究方向：光电图像采集与处理。endprint
摘 要：鱼眼镜头可以实现对人视野空间进行大视野显示，在监控领域具有非常现实的应用，但其图像具有非常严重的变形，因此需要对其进行图像校正。本文提出了一种基于定位检索的鱼眼图像校正处理方法，通过预先定位图像获得校正公式，并根据实际情况加入修正因子，获取较满意的校正效果，满足于实际应用。
关键词：鱼眼图像；畸变校正；定位检索
随着现代信息技术的飞速发展和社会对公共安全的日益关注，视频监控技术在短短二十几年内发生了翻天覆地变化，从最早模拟监控技术到前些年火热数字监控技术，一直发展到现在方兴未艾的网络视频监控技术。与此同时，高速增长的视频监控系统市场也对视频监控的功能要求越来越多，比如在交通路口、酒店大堂等地方就希望能够实现实现在同一时间地点的大范围目标的持续监控。大范围目标持续监控可以通过两种模式得以实现，一种是通过对多个普通摄像头所获得的图像进行软件叠加处理，该模式充分利用现有技术，实现简单，但是多个摄像头的布局有一定要求，工程安装复杂，同时多个摄像头及复杂布线所带来的现实成本较高，不利于推广；一种是通过鱼眼镜头进行图像采集，然后将所采集到的畸变图像通过嵌入式系统进行校正，然后送出正常图像，该模式需要通过一定算法对鱼眼畸变图像进行实时校正，技术含量高，但是该模式工程安装方便，硬件成本较低，是目前大范围目标持续监控发展的主流方向。
本文主要研究任务是要基于当前主流鱼眼畸变校正算法的基础上，设计出基于DSP实现的鱼眼图像采集校正处理系统，要求图像校正质量得到一定保证、运算速度达到实时采集目的，并将校正后的图像数据进行压缩送入网络，实现网络视频监控功能。
1 鱼眼镜头成像原理
鱼眼镜头可以实现对人视野空间进行大视野显示，当鱼眼镜头朝前拍摄时可以达到180°左右的视域，当朝下拍摄时更可以达到360°左右的视域。鱼眼镜头成像时候在径向方向（垂直方向）上隐含了物体的高度信息，在切向方向（水平方向）上隐含了物体的左右信息，因此该图像中心处疏而大，外圈密而小，称在非常严重的变形。
假设我们把鱼眼镜头放在坐标原点，其拍摄方向沿着OZ轴正向进行，那么鱼眼图像应该成像在OXY平面上，则其成像基本原理可以如图1所示：设半球面S方程为 ，
其中（x0，y0，z0）为O点坐标，r为半径，如果对空间景物上任意一点P1，连接O和P1交S于点P2，然后过P2作Z轴的平行线交OX轴于P3点，P3点便是用鱼眼镜头拍摄所成的像。若将空间上所有的景物点都按上述方法投影到OXY平面，所获得的图像即畸变的鱼眼图像。
2 基于定位检索的鱼眼图像校正算法
根据鱼眼镜头成像原理中的球面坐标模型（x-x0）2+（y-y0）2+（z-z0）2=r2建立标准坐标系OXY，假设鱼眼镜头位于坐标原点O，其拍摄方向沿着OZ轴正向进行，拍摄后的鱼眼图像落在OXY平面上，如图2所示。
图1 鱼眼镜头成像原理 图2 鱼眼成像投射对应关系示意
设OXY平面上的点q为成像视野区域内一成像点q'的成像，当成像点q与坐标原点o的距离l小于等于鱼眼镜头成像原理中球面坐标模型的球面半径r的四分之一时，由式（1）求出鱼眼展开图像点q'与展开图像中心位置o'的距离。
（1）
当成像点q与坐标原点o的距离l大于等于鱼眼镜头成像原理中球面坐标模型的球面半径r的四分之一时，由式（2）求出鱼眼展开图像点q'与展开图像中心位置o'的距离。
（2）
其中l'为展开图像点q'与展开图像中心位置o'之间的距离，l为投影成像点q与投影坐标原点o的距离，r为鱼眼成像球面坐标模型的球面半径，m和n为修正参数；
最后，通过成像点q在OXY平面所形成的角度？兹通过式3计算出图像点q'在展开图像中的位置。
（3）
3 应用与结果分析
运用MATLBA软件对本文提出的图像校正算法进行实验，得到了比较满意的结果。
（a）鱼眼图像原图1 （b）校正后图像1
（c）鱼眼图像原图2 （d）校正后图像2
图3 鱼眼图像校正前后对比图像
4 结束语
本文提出一种通过定位检索的算法进行鱼眼图像的畸变校正，建立了鱼眼成像平面与球面模型间的校正映射关系，进而完成鱼眼图像的有效校正，实现了真实场景的还原，取
得了比较满意的校正效果。
参考文献
[1]邱志强，陆宏伟，于起峰. 用射影不变性纠正鱼眼镜头畸变[J].应用光学，2003，24（5）：36-38.
[2]黄有度，苏化明.一种鱼眼图像到透视投影图像的变换模型[J].系统仿真学报，2005，17（1）：29-23.
[3]崔汉国，陈军，王大宇.鱼眼图像校正及拼接的研究与实现[J].计算机工程，2007，33（10）：190-192.
[4]王大宇，崔汉国，陈军.鱼眼图像轮廓提取及校正研究[J].计算机工程与设计，2007，28（12）：2878-2882.
[5]杨玲，成运.用经纬映射的鱼眼图像较真设计方法[J].工程图学学报，2010，6：19-22.
作者简介：邵华（1979-），男，浙江杭州人，讲师、工程师，硕士研究生，研究方向：光电图像采集与处理。endprint
