本發(fā)明涉及圖像處理，具體涉及一種圖像畸變矯正方法。

背景技術(shù)：

1、圖像畸變是由于鏡片組制造或安裝誤差導(dǎo)致拍攝對象在像平面上的理論成像位置與實(shí)際成像位置發(fā)生偏差，對圖像畸變進(jìn)行矯正是利用序列圖像三維重建、攝影測量的重要步驟。

2、目前，相機(jī)畸變矯正采取的方法是先棋盤格圖像，利用棋盤格中網(wǎng)格點(diǎn)與成像點(diǎn)之間的幾何約束關(guān)系求解畸變約束模型，最后基于畸變模型對圖像畸變進(jìn)行矯正，然而畸變模型是根據(jù)畸變形成原因構(gòu)建的一個簡化理論模型，與實(shí)際畸變模式存在較大誤差，從而采用畸變模型進(jìn)行畸變矯正的方法不能完整矯正圖像畸變，特別是圖像邊緣的畸變矯正誤差很大的情況。而隨著三維重構(gòu)、攝影測量等應(yīng)用場景對測量精度的要求越來越高，傳統(tǒng)的畸變矯正方法已經(jīng)不能滿足各種場景對高精度圖像的需求，必須研發(fā)矯正精度更高的圖像畸變矯正方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了克服以上現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供了一種高精度的圖像畸變矯正方法。

2、本發(fā)明的目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、一種圖像畸變矯正方法包括：s1，拍攝光柵圖像，所述光柵圖像含有畸變；s2，對所述光柵圖像的相位分布進(jìn)行計(jì)算，得到水平相位分布qx和豎向相位分布qy；s3，基于所述水平相位分布qx和豎向相位分布qy計(jì)算所述光柵圖像的畸變；s4，基于所述畸變對所述光柵圖像進(jìn)行矯正。

4、優(yōu)選地，步驟s2包括：

5、s21，對所述光柵圖像分別進(jìn)行水平濾波和豎向?yàn)V波，得到方向互相垂直的第一一維光柵圖像和第二一維光柵圖像，根據(jù)所述第一一維光柵圖像和第二一維光柵圖像確定抽樣間隔pk；

6、s22，計(jì)算第一一維光柵圖像的水平相位分布qx，計(jì)算第二一維光柵圖像的豎向相位分布qy；

7、s23，分別計(jì)算所述水平相位分布qx和豎向相位分布qy的二階導(dǎo)數(shù)；計(jì)算公式為：

8、

9、f為水平相位分布qx和豎向相位分布qy的第i、j個元素。

10、優(yōu)選地，計(jì)算第一一維光柵圖像的水平相位分布qx的步驟和計(jì)算第二一維光柵圖像的豎向相位分布qy的步驟相同，所述計(jì)算第一一維光柵圖像的水平相位分布qx包括：

11、將所述第一一維光柵圖像的第一行第一個像素值取出放在空白的參考圖像矩陣的第一行第一列的位置，然后依次將所述第一一維光柵圖像的第一行中mpk+1處的像素值取出放在參考圖像矩陣的第一行mpk+1處，其中，m＝1,2,3,…；

12、采用上述相同的做法，將第一一維光柵圖像的第一行第k+1個像素值取出放在參考圖像矩陣的第k+1行第k+1列的位置，然后依次將第一一維光柵圖像中第一行中mpk+k+2處的像素值取出放在參考圖像矩陣第k+1行mpk+k+2處，其中，k＝0,1,2,……pk-1；

13、對參考圖像矩陣中的空白位置的像素值進(jìn)行插值，插值后得到pk條相移莫爾條紋，每條莫爾條紋之間的相位差為2π/pk；

14、對第一一維光柵圖像的每一行進(jìn)行離散傅立葉變化，得到第一一維光柵圖像的相位分布qx。

15、優(yōu)選地，相移莫爾條紋的灰度值的計(jì)算公式為：

16、

17、其中，pk為抽樣間隔；k代表莫爾條紋序號；

18、相移莫爾條紋的相位分布為：

19、

20、優(yōu)選地，步驟s3包括：確定所述光柵圖像的主點(diǎn)位置(u0,v0)，公式為：

21、|q″x|+|q″y|＝min|q″x|+|q″y|

22、其中，q"x為水平相位分布qx的二階導(dǎo)數(shù)和q"y為豎向相位分布qy的二階導(dǎo)數(shù)；

23、基于水平相位分布qx的二階導(dǎo)數(shù)q"x計(jì)算第一一維光柵圖像的畸變δx(i，j)，基于豎向相位分布qy的二階導(dǎo)數(shù)q"y計(jì)算第二一維光柵圖像的畸變δy(i，j)，計(jì)算公式分別為：

24、

25、

26、其中，pt為光柵周期。

27、優(yōu)選地，步驟s4包括：根據(jù)所述畸變δx(i，j)和畸變δy(i，j)對所述光柵圖像坐標(biāo)進(jìn)行矯正，矯正的公式為：

28、優(yōu)選地，步驟s1包括：光柵圖案制作和光柵圖像拍攝；其中，所述光柵圖像拍攝包括：采用有畸變相機(jī)拍攝所述光柵圖案，所述有畸變相機(jī)的攝影軸與光柵圖案平面的夾角為85°至95°之間，且所述光柵圖案超出相機(jī)的畫幅。

29、優(yōu)選地，所述光柵圖案制作采用投影、打印或沖洗的一種，所述光柵圖案采用矩形陣列，且光柵圖案的陣列間距為5至20像素。

30、優(yōu)選地，所述濾波方法采用低通濾波或均值濾波。

31、優(yōu)選地，對參考圖像矩陣中的空白位置的像素值進(jìn)行插值的方法采用線性插值、二次插值、三次插值和樣條插值中的一種。

32、本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

33、本申請利用拍攝的光柵圖案獲取光柵圖像在不同方向上的相位變化，并利用相位變化進(jìn)行圖像畸變的矯正，避免通過畸變模型計(jì)算畸變帶來的誤差較大的問題，且本方案能夠在畸變系數(shù)未知的情況下矯正畸變。此外，本申請利用拍攝的1張光柵圖案計(jì)算畸變圖像相位，畸變前的相位通過畸變圖像的相位分布特征求取，實(shí)現(xiàn)了單張畸變圖像進(jìn)行圖像高精度畸變矯正。

技術(shù)特征：

1.一種圖像畸變矯正方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像畸變矯正方法，其特征在于，步驟s2包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的圖像畸變矯正方法，其特征在于，計(jì)算第一一維光柵圖像的水平相位分布qx的步驟和計(jì)算第二一維光柵圖像的豎向相位分布qy的步驟相同，所述計(jì)算第一一維光柵圖像的水平相位分布qx包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的圖像畸變矯正方法，其特征在于，相移莫爾條紋的灰度值的計(jì)算公式為：

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的圖像畸變矯正方法，其特征在于，步驟s3包括：確定所述光柵圖像的主點(diǎn)位置(u0,v0)，公式為：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像畸變矯正方法，其特征在于，步驟s4包括：根據(jù)所述畸變δx(i，j)和畸變δy(i，j)對所述光柵圖像坐標(biāo)進(jìn)行矯正，矯正的公式為：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像畸變矯正方法，其特征在于，步驟s1包括：光柵圖案制作和光柵圖像拍攝；其中，所述光柵圖像拍攝包括：采用有畸變相機(jī)拍攝所述光柵圖案，所述有畸變相機(jī)的攝影軸與光柵圖案平面的夾角為85°至95°之間，且所述光柵圖案超出相機(jī)的畫幅。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的圖像畸變矯正方法，其特征在于，所述光柵圖案制作采用投影、打印或沖洗的一種，所述光柵圖案采用矩形陣列，且光柵圖案的陣列間距為5至20像素。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像畸變矯正方法，其特征在于，所述濾波方法采用低通濾波或均值濾波。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像畸變矯正方法，其特征在于，對參考圖像矩陣中的空白位置的像素值進(jìn)行插值的方法采用線性插值、二次插值、三次插值和樣條插值中的一種。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種圖像畸變矯正方法，該圖像畸變矯正方法包括：拍攝光柵圖像，所述光柵圖像含有畸變；S2，對所述光柵圖像的相位分布進(jìn)行計(jì)算，得到水平相位分布Q<subgt;x</subgt;和豎向相位分布Q<subgt;y</subgt;；S3，基于所述水平相位分布Q<subgt;x</subgt;和豎向相位分布Q<subgt;y</subgt;計(jì)算所述光柵圖像的畸變；S4，基于所述畸變對所述光柵圖像進(jìn)行矯正。本發(fā)明利用拍攝的光柵圖案獲取光柵圖像在不同方向上的相位變化，并利用相位變化進(jìn)行圖像畸變的矯正，避免通過畸變模型計(jì)算畸變帶來的誤差較大的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：毛鳳山,蘇林王,李金祥,呂述暉,廖李燦
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中交第四航務(wù)工程局有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30