本發(fā)明涉及相機標定，具體地，涉及一種基于移動最小二乘曲面擬合的自由曲面畸變校正方法。

背景技術(shù)：

1、自由曲面(freeform?surface)鏡頭是指非球面鏡頭的一種，它的表面是自由形狀的，可以是任何連續(xù)的曲面形狀。這種鏡頭在光學(xué)設(shè)計中具有獨特的優(yōu)勢，以下是從專業(yè)的光學(xué)設(shè)計角度總結(jié)的自由曲面鏡頭的幾個主要優(yōu)點：

2、光學(xué)性能提升：自由曲面鏡頭可以有效地校正像差，包括球差、彗差、像散和場曲等，因為它們提供了更多自由度來控制光線路徑。

3、系統(tǒng)簡化：使用自由曲面可以減少系統(tǒng)中所需的透鏡數(shù)量，因為一個自由曲面可能就能完成多個傳統(tǒng)曲面的功能。這樣可以降低重量、縮小體積并減少組件數(shù)量，從而簡化系統(tǒng)設(shè)計。

4、設(shè)計靈活性增強：自由曲面提供了更大的設(shè)計空間和靈活性，設(shè)計師可以設(shè)計出更加復(fù)雜和精確的光學(xué)系統(tǒng)，以滿足特定的應(yīng)用要求。

5、提高成像質(zhì)量：自由曲面鏡頭可以提供更好的成像性能，減少光學(xué)畸變，尤其是在廣角鏡頭和高性能成像系統(tǒng)中。

6、系統(tǒng)集成度提高：自由曲面鏡頭可以通過減少透鏡元件數(shù)量來提高光學(xué)系統(tǒng)的集成度，進而減少對空間的要求，特別適合于航空航天、軍事和其他需要緊湊型光學(xué)系統(tǒng)的場合。

7、提升系統(tǒng)抗干擾能力：自由曲面的非對稱性能夠提供更好的抗震動和抗機械應(yīng)力的能力，這對于惡劣環(huán)境下的光學(xué)系統(tǒng)來說是一個重要的特性

8、定制化設(shè)計：自由曲面鏡頭能夠根據(jù)特定應(yīng)用的需求進行定制化設(shè)計，滿足個性化的光學(xué)性能要求。

9、新型應(yīng)用領(lǐng)域：自由曲面的使用開啟了新的應(yīng)用領(lǐng)域，例如在頭戴式顯示器(如vr、ar設(shè)備)中，自由曲面能夠提供更好的用戶體驗和更高的成像質(zhì)量。

10、雖然自由曲面鏡頭提供了許多優(yōu)勢，但它們的設(shè)計和制造難度以及成本也相對較高。因此，它們通常用于對光學(xué)性能要求極高的應(yīng)用中。隨著制造技術(shù)的進步和成本的降低，預(yù)計自由曲面鏡頭將在更多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

11、自由曲面鏡頭在設(shè)計時為了滿足上述優(yōu)點，但在設(shè)計時并不是徑向?qū)ΨQ的，現(xiàn)有的相機鏡頭畸變模型基本都是徑向?qū)ΨQ的，因此并不滿足傳統(tǒng)的相機鏡頭畸變模型：徑向畸變、切向畸變。這個圖像畸變校正引入了新的挑戰(zhàn)。

12、以上背景技術(shù)內(nèi)容的公開僅用于輔助理解本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思及技術(shù)方案，其并不必然屬于本專利申請的現(xiàn)有技術(shù)，在沒有明確的證據(jù)表明上述內(nèi)容在本專利申請的申請日已經(jīng)公開的情況下，上述背景技術(shù)不應(yīng)當用于評價本申請的新穎性和創(chuàng)造性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為此，本發(fā)明提出的方法，可以有效的對自由曲面鏡頭帶來的圖像畸變進行校正，在已有標定的基礎(chǔ)上進一步降低自由曲面鏡頭帶來的非徑向畸變，簡單易操作，經(jīng)驗證有效。

2、本發(fā)明提供一種基于移動最小二乘曲面擬合的自由曲面畸變校正方法，其特征在于，包括：

3、步驟s1：采用張正友標定法標定相機的內(nèi)參、外參和標定板的外參；

4、步驟s2：根據(jù)所述標定板上的點，使用移動最小二乘曲面擬合計算圖像坐標與理想圖像坐標之間的函數(shù)關(guān)系；

5、步驟s3：根據(jù)所述函數(shù)關(guān)系，計算理想圖像中所有像素點對應(yīng)原始圖像中的位置，得到畸變校正矩陣。

6、可選地，所述的一種基于移動最小二乘曲面擬合的自由曲面畸變校正方法，其特征在于，步驟s1包括：

7、步驟s11：將標定板置于第一位置處，使用相機拍攝得到第一圖像；

8、步驟s12：將所述標定板置于第二位置處，使用所述相機拍攝得到第二圖像；所述第一位置與所述第二位置與所述相機的距離不同；

9、步驟s13：根據(jù)所述第一圖像和所述第二圖像利用張正友標定法標定所述相機的內(nèi)參和外參，在所述第一圖像和所述第二圖像上分別提取所述標定板的標志點，得到圖像點對。

10、可選地，所述的一種基于移動最小二乘曲面擬合的自由曲面畸變校正方法，其特征在于，步驟s2包括：

11、步驟s21：根據(jù)所述相機的內(nèi)參、所述相機的外參和所述標定板的外參計算角點的理想點；

12、步驟s22：采用移動最小二乘曲面擬合法構(gòu)建擬合函數(shù)；

13、步驟s23：根據(jù)所述角點的理想點和坐標確定所述擬合函數(shù)的參數(shù)。

14、可選地，所述的一種基于移動最小二乘曲面擬合的自由曲面畸變校正方法，其特征在于，在步驟s22中，基函數(shù)為二次基函數(shù)p(x)＝(1,x,y,x2,xy,y2)t。

15、可選地，所述的一種基于移動最小二乘曲面擬合的自由曲面畸變校正方法，其特征在于，在步驟s22中，權(quán)函數(shù)為3次樣條函數(shù)

16、可選地，所述的一種基于移動最小二乘曲面擬合的自由曲面畸變校正方法，其特征在于，在步驟s22中，支持域的大小由鏡頭的曲面設(shè)計確定。

17、可選地，所述的一種基于移動最小二乘曲面擬合的自由曲面畸變校正方法，其特征在于，所述曲面的斜率越大，所述支持域越小。

18、可選地，所述的一種基于移動最小二乘曲面擬合的自由曲面畸變校正方法，其特征在于，每個所述支持域在所述曲面上的面積相等。

19、可選地，所述的一種基于移動最小二乘曲面擬合的自由曲面畸變校正方法，其特征在于，在步驟s22中，根據(jù)所述角點的理想點確定鏡頭的曲面方向，進而根據(jù)移動最小二乘曲面擬合法構(gòu)建擬合函數(shù)。

20、可選地，所述的一種基于移動最小二乘曲面擬合的自由曲面畸變校正方法，其特征在于，步驟s3包括：

21、步驟s31：根據(jù)所述函數(shù)關(guān)系對所述像素點進行計算，建立理想圖像與原始圖像之間逐像素點的對應(yīng)關(guān)系；

22、步驟s32：根據(jù)所述對應(yīng)關(guān)系，采用雙線性插值法建立所述理想圖像和所述原始圖像之間的對應(yīng)函數(shù)；

23、步驟s33：根據(jù)所述對應(yīng)函數(shù)生成畸變校正矩陣。

24、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

25、本發(fā)明首先對相機采用張正友標定法進行初步標定，再根據(jù)標定板上的點利用移動最小二乘曲面擬合函數(shù)關(guān)系，計算畸變校正矩陣，降低現(xiàn)有技術(shù)中對自由曲面鏡頭帶來的非徑向畸變，并且操作簡單，校正效果好。

技術(shù)特征：

1.一種基于移動最小二乘曲面擬合的自由曲面畸變校正方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于移動最小二乘曲面擬合的自由曲面畸變校正方法，其特征在于，步驟s1包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于移動最小二乘曲面擬合的自由曲面畸變校正方法，其特征在于，步驟s2包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于移動最小二乘曲面擬合的自由曲面畸變校正方法，其特征在于，在步驟s22中，基函數(shù)為二次基函數(shù)p(x)＝(1,x,y,x2,xy,y2)t。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于移動最小二乘曲面擬合的自由曲面畸變校正方法，其特征在于，在步驟s22中，權(quán)函數(shù)為3次樣條函數(shù)

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于移動最小二乘曲面擬合的自由曲面畸變校正方法，其特征在于，在步驟s22中，支持域的大小由鏡頭的曲面設(shè)計確定。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于移動最小二乘曲面擬合的自由曲面畸變校正方法，其特征在于，所述曲面的斜率越大，所述支持域越小。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于移動最小二乘曲面擬合的自由曲面畸變校正方法，其特征在于，每個所述支持域在所述曲面上的面積相等。

9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于移動最小二乘曲面擬合的自由曲面畸變校正方法，其特征在于，在步驟s22中，根據(jù)所述角點的理想點確定鏡頭的曲面方向，進而根據(jù)移動最小二乘曲面擬合法構(gòu)建擬合函數(shù)。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于移動最小二乘曲面擬合的自由曲面畸變校正方法，其特征在于，步驟s3包括：

技術(shù)總結(jié)
一種基于移動最小二乘曲面擬合的自由曲面畸變校正方法，其特征在于，包括：步驟S1：采用張正友標定法標定相機的內(nèi)參、外參和標定板的外參；步驟S2：根據(jù)所述標定板上的點，使用移動最小二乘曲面擬合計算圖像坐標與理想圖像坐標之間的函數(shù)關(guān)系；步驟S3：根據(jù)所述函數(shù)關(guān)系，計算理想圖像中所有像素點對應(yīng)原始圖像中的位置，得到畸變校正矩陣。本發(fā)明可以有效的對自由曲面鏡頭帶來的圖像畸變進行校正，在已有標定的基礎(chǔ)上進一步降低自由曲面鏡頭帶來的非徑向畸變，簡單易操作，經(jīng)驗證有效。

技術(shù)研發(fā)人員：黃龍祥,王香媛,侯俊峰,周響南,汪博,朱力,呂方璐
受保護的技術(shù)使用者：深圳市光鑒科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23