一種魚眼鏡頭圖像的展平方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種魚眼鏡頭圖像的展平方法，針對成像器的有效區(qū)域的邊緣，計算出展平前該區(qū)域邊界的坐標，然后通過計算出的邊界點連接得到邊界曲線，屬于該邊界曲線內(nèi)部的區(qū)域作為可展平的取景區(qū)域，最后在所述取景區(qū)域內(nèi)取點，計算還原后該點的坐標值，得到還原后的圖像。該方式實現(xiàn)了魚眼鏡頭圖像的展平，計算方法簡單，可以在圖像處理前直接在相機端實現(xiàn)圖像的展平，大大減少了后端圖像處理芯片的負荷，可以輸出流暢的視頻。
【專利說明】一種魚眼鏡頭圖像的展平方法及系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種圖像處理方法，具體地說是一種高清全景相機圖像的展平方法及系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著視頻監(jiān)控產(chǎn)品的發(fā)展，人類對于視頻監(jiān)控的需求也從沒有到有的基本條件逐步過渡到要求彩色、動態(tài)、連續(xù)的中級階段，進而深入到高清、網(wǎng)絡(luò)、全面、夜視、智能分析等的包括前端信號采集、中段信號傳輸、后端信號存儲顯示處理的高級階段。近年來，視頻監(jiān)控行業(yè)保持高速增長，包括從前端相機到后端顯示存儲的所有產(chǎn)品及技術(shù)都在高速進步中。從城市到郊區(qū)，進而到農(nóng)村；從長長的同軸電纜到光纖；從模擬相機到數(shù)字相機，都在不同程度展示著科技的進步。然而，傳統(tǒng)相機因成像器和鏡頭的匹配及鏡頭的品質(zhì)等原因，都不同程度存在盲區(qū)的問題，即"看不見"。高速球雖然一定程度上改善了看不見的問題，但仍然有瞬時死角無法克服。
[0003]全景相機憑借其廣大的視角贏得了人們的青睞，全景相機采用魚眼鏡頭，魚眼鏡頭是根據(jù)仿生學原理仿照魚眼結(jié)構(gòu)設(shè)計加工的鏡頭，視場角可超過180度?，F(xiàn)市面可見之全景相機基本上采用如下方式，即成像器尺寸大于魚眼鏡頭的成像圓尺寸，以便可以取到全景(所謂360度)，事實上有兩個原因?qū)е聦嶋H效果要差很多:首先是像素浪費的問題，成像器如果是1/2.7〃，300萬像素4:3，因魚眼鏡頭成像圓內(nèi)切于成像器有效區(qū)域，如圖1，實際有效成像像素=300*S2/S1 = 300*58%= 174萬像素，即有效像素利用率僅58 %，這個無疑會造成較大的浪費；其次是魚眼鏡頭視場存在的問題，雖然魚眼鏡頭的視場角有180度或更大，但因靠近視場邊緣的區(qū)域不但畸變最大，而且每個像素對應(yīng)的角分辨率越低，即每個像素對應(yīng)的實際區(qū)域越大，特別是在靠近90度的區(qū)域，故部分圖像無法真實復原。如圖2中表格所示。此外，魚眼鏡頭是由光學鏡片和鏡筒組成的。鏡片加工是根據(jù)設(shè)計值制作研磨拋光磨邊治具、校準后利用這些治具對玻璃毛胚進行相應(yīng)的加工而成的(暫不考慮后工序如鍍膜涂邊等)，整個鏡頭系統(tǒng)的誤差主要來源于光學鏡片的加工誤差及光學鏡片的支撐結(jié)構(gòu)的累積誤差。
[0004]雖然全景相機可以彌補傳統(tǒng)相機視角窄的問題，卻一直存在圖像變形大、不符合人們的日常視覺習慣的致命缺陷。因此，采用魚眼鏡頭拍攝的圖片，都需要進行圖像展開后的還原和恢復。
[0005]如中國專利文獻CN101814181A中公開了一種魚眼鏡頭圖像復原的展開方法，該方法包括建立魚眼鏡頭圖像的符合等距投影原理的球面成像模型，建立展開窗口坐標系與展開圖像坐標系，并求出這兩個坐標系之間的關(guān)系，建立展開圖像坐標系與相機坐標系的關(guān)系，求出展開圖像坐標系與魚眼鏡頭圖像坐標系之間的關(guān)系，最后可以得到指定任意方向的全部展開圖像。雖然該方案可以實現(xiàn)魚眼鏡頭圖像的復原，但是由于其計算量大，主要用于視頻圖像回傳到計算機后的圖像處理，很難在相機端進行圖像展平。此外，由于魚眼鏡頭圖像的邊緣區(qū)域，如70度以外的區(qū)域，由于此部分圖像將實物圖像壓縮到一定程度，導致像高小于成像器像素點，由于存在這一自然缺陷，這部分圖像無法完全復原，對該部分圖像的處理無疑增大了數(shù)據(jù)量卻不能得到好的效果。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于現(xiàn)有技術(shù)中的魚眼鏡頭圖像復原的展開方法計算量大、無用區(qū)域多，從而提出一種減少了計算量、避免對無用區(qū)域的計算的魚眼鏡頭的圖像的展平方法及系統(tǒng)。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的提供一種魚眼鏡頭圖像的展平方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0008]S1:計算全局展平比例S。，采用以下公式
ο 一 A
_9] C 2fxtan(X?)

'21
[0010]其中，X1為有效成像區(qū)域?qū)?，Y1為有效成像區(qū)域高，f為魚眼鏡頭焦距；
[0011]S2:針對成像器有效區(qū)域的邊緣，計算出展平前的點坐標，公式如下:
V
[0012]k=^? (xb, yb)為有效區(qū)域邊緣取點坐標，k為點與坐標系中心連線的斜率；

Xb
[0013]p=atan3FZ5Z ; Ψ為點(Xb，yb)對應(yīng)的展平前的視場角，

f xSc
[0014]h = f X Φ ;h為點(xb，yb)對應(yīng)的展平前像高；
_ f + yb\ f.^xb2+yb2,
f xa tan(^—-........................1—)f xa tariff—1.......................---)
γλλ A 廣?V — _I ^s-__%F 一 _*.A_.L0015」 ?—1...................................=5 je —§...................................=，
+ (?)2 i+(-x^-)2
[0016](xe, ye)為(xb, yb)對應(yīng)的邊界點；
[0017]S3:將上述計算出的邊界點連接得到邊界曲線，屬于該邊界曲線內(nèi)部的區(qū)域作為可展平的取景區(qū)域；
[0018]S4:在所述取景區(qū)域內(nèi)取點，計算還原后該點的坐標值，得到還原后的圖像，計算公式如下
[0019]
X,, = f X Ian φx Scx (^j=Sj=), ν? = I'χ Um φχ Scχ(-J=^M=)

4χο2+>V ^ ^
[0020](Χ(ι、％)是在取景區(qū)域內(nèi)取點的原坐標，χ' 0、y'。是計算出的展開后的圖像的坐標。
[0021]優(yōu)選地，在所述步驟S4之后，還包括對因加工誤差帶來的系統(tǒng)誤差進行修正的過程。
[0022]優(yōu)選地，在所述步驟SI之前，還包括:配置魚眼鏡頭的成像圓和成像器的有效區(qū)域，使得所述成像器的有效區(qū)域內(nèi)接于所述魚眼鏡頭的成像圓。
[0023]優(yōu)選地，在所述步驟SI之前，還包括:調(diào)整鏡頭相對成像器工作區(qū)域的位置，使得鏡頭光軸與成像器中心重合。
[0024]優(yōu)選地，還包括鏡頭相對成像器的調(diào)整機構(gòu)，通過該調(diào)整機構(gòu)實現(xiàn)鏡頭光軸與成像器的中心重合。
[0025]優(yōu)選地，在所述步驟S2中，針對成像器有效區(qū)域的邊緣，以任意步長取點，來計算出展平前的點坐標。
[0026]優(yōu)選地，所述步長為1-10個像素點。
[0027]優(yōu)選地，所述步長為I或2個像素點。
[0028]優(yōu)選地，在所述步驟S4中，取屏幕中心作為計算起始點。
[0029]此外，還提供一種使用上述展平方法的魚眼鏡頭圖像的展平系統(tǒng)，包括:
[0030]全局展平比例計算模塊:計算全局展平比例S。，采用以下公式
Q —?._] I

2f
[0032]其中，X1為有效成像區(qū)域?qū)?，Y1為有效成像區(qū)域高，f為魚眼鏡頭焦距；
[0033]邊界計算模塊:針對成像器有效區(qū)域的邊緣，計算出展平前的點坐標，采用以下公式:
yb
[0034]k ; (xb, yb)為有效區(qū)域邊緣取點坐標，k為點與坐標系中心連線的斜率；
[0035]；爐為點(xb, yb)對應(yīng)的展平前的視場角，
f xSc
[0036]h = f X Φ ；h為點(xb, yb)對應(yīng)的展平前像高；
I ? ^I 2 ^
Γ ? WXC + )V\ r* i /W+yf、
f xa tan(-^-^-—)f xa-—)
[0037]A；=——■■■■■■■■■■■■■■■■■■■，% =——■■■■■■■■■■■■■■■■■■■；
[0038](xe, ye)為(Xb，yb)對應(yīng)的邊界點；
[0039]取景區(qū)域設(shè)定模塊:將上述計算出的邊界點連接得到邊界曲線，屬于該邊界曲線內(nèi)部的區(qū)域作為可展平的取景區(qū)域；
[0040]展平模塊:在所述取景區(qū)域內(nèi)取點，計算還原后該點的坐標值，得到還原后的圖像，采用如下公式:
[0041]
X0 = ( χ Ian φ χ Sc χ (......-.=^==)， = f xtany>x&x (了2?=)
V.'.XV-V+Λ2
[0042](Χ(ι、％)是在取景區(qū)域內(nèi)取點的原坐標，X' 0、y'。是計算出的展開后的圖像的坐標。
[0043]本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點，
[0044](I)本發(fā)明提供一種魚眼鏡頭圖像的展平方法，針對成像器的有效區(qū)域的邊緣，計算出展平前該區(qū)域邊界的坐標，然后通過計算出的邊界點連接得到邊界曲線，屬于該邊界曲線內(nèi)部的區(qū)域作為可展平的取景區(qū)域，最后在所述取景區(qū)域內(nèi)取點，計算還原后該點的坐標值，得到還原后的圖像。該方式實現(xiàn)了魚眼鏡頭圖像的展平，計算方法簡單，可以在圖像處理前直接在相機端實現(xiàn)圖像的展平，大大減少了后端圖像處理芯片的負荷，可以輸出流暢的視頻。本方案不僅采用等距投影，而是根據(jù)魚眼鏡頭視場角大的特點，將盡可能多的成像區(qū)域都進行等比例縮放，鋪滿整個成像器，展平后的視場角雖然比展平前小，但是遠遠大于普通鏡頭所能捕捉的圖像范圍。該方案解決了現(xiàn)有技術(shù)中魚眼鏡頭圖像復原的展開方法計算量大、無用區(qū)域多的技術(shù)問題，提供了一種計算量小、避免對無用區(qū)域的計算的魚眼鏡頭的圖像的展平方法及系統(tǒng)。
[0045](2)本發(fā)明所述的魚眼鏡頭圖像的展平方法，所述成像器的有效區(qū)域內(nèi)接于所述魚眼鏡頭的成像圓，使得成像器的有效面積得以充分利用，無成像器的浪費，與現(xiàn)有技術(shù)中的設(shè)置方式相比，大大提高了成像器的利用率。
[0046](3)本發(fā)明所述的魚眼鏡頭圖像的展平方法，還包括對因加工誤差帶來的系統(tǒng)誤差進行修正的過程，在計算完成后對由于設(shè)備生產(chǎn)過程中的誤差造成的系統(tǒng)誤差進行修正，提高了該處理后的圖像的準確程度。
[0047](4)本發(fā)明所述的魚眼鏡頭圖像的展平方法，通過增加鏡頭相對成像器的調(diào)整結(jié)構(gòu)調(diào)整鏡頭相對成像器工作區(qū)域的位置，可以使得鏡頭光軸與成像器中心重合。也可在圖像處理芯片中進行坐標變換，故在計算時將取屏幕中心作為計算起始點。傳統(tǒng)的魚眼鏡頭圖象校正采用面積統(tǒng)計算法或亮度差有效區(qū)域提取法，不但計算量大，給后期的系統(tǒng)運算芯片造成了極大的負荷，而且準確度不高。而本方案中通過簡單易行的機械機構(gòu)無級調(diào)整，準確調(diào)整成像器中心與鏡頭光軸重合，此結(jié)構(gòu)可以根據(jù)不同產(chǎn)品做成生產(chǎn)過程中的工裝治具，不會增加相機本身的重量、尺寸及成本。
[0048](5)本發(fā)明所述的魚眼鏡頭圖像的展平方法，針對成像器有效區(qū)域的邊緣，以任意步長取點，來計算出展平前的點坐標。此處的步長可以根據(jù)需要來選擇，為了保證計算的精確度，可以選擇步長為I個像素點，此時計算量較大，但是精確度最高。也可以選擇步長為若干個像素點，如3個、4個或10個像素點，此時計算的準確度下降，但是計算量雖然大大減小了。根據(jù)需要，對步長進行合理選擇，這樣做的優(yōu)勢在于可以根據(jù)不同的碼流及圖像品質(zhì)需求選取合適的步長，以得到不同的碼流或圖像品質(zhì)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0049]為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)本發(fā)明的具體實施例并結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進一步詳細的說明，其中
[0050]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中成像器有效區(qū)域的分析示意圖；
[0051]圖2是魚眼鏡頭的視場角度示意表格；
[0052]圖3中圖3(a) -圖3(d)本發(fā)明實施例中魚眼鏡頭視場角示意圖；
[0053]圖4本發(fā)明實施例中算法原理圖；
[0054]圖5本發(fā)明實施例中另一算法原理圖；
[0055]圖6是本發(fā)明實施例中步驟SI計算結(jié)果示意圖；
[0056]圖7(a)-圖10(c)是本發(fā)明實施例中步驟S2計算結(jié)果示意圖；
[0057]圖11是圖像還原后的還原計算示意圖；
[0058]圖12是實施例中的實際計算區(qū)域效果示意圖。
[0059]圖中附圖標記表示為:1-魚眼鏡頭成像圓；2_成像器工作區(qū)域。

【具體實施方式】
[0060]實施例1:
[0061]本實施例中提供一種魚眼鏡頭圖像的展平方法，包括如下步驟:
[0062]S1:計算全局展平比例S。，采用以下公式
rtX?1

2i
[0064]其中，X1為有效成像區(qū)域?qū)挘琘1為有效成像區(qū)域高，f為魚眼鏡頭焦距；
[0065]S2:針對成像器有效區(qū)域的邊緣，計算出展平前的點坐標，公式如下:
(￥,
[0066]; (xb) yb)為有效區(qū)域邊緣取點坐標，k為點與坐標系中心連線的斜率；
Ab
[0067]?,=& tan ^+γι\ ; V '為點(xb, yb)對應(yīng)的展平前的視場角，

f xSc
[0068]h = f X Φ ;h為點(xb，yb)對應(yīng)的展平前像高；
fxa,SO(VSIZ)
fxQp 7f X fsr
「Λ Λ Λ Λ π--W1-%.wI?
L0069J—j- ， Je —?- ，
f￥
[0070](xe, ye)為(Xb，yb)對應(yīng)的邊界點；
[0071]S3:將上述計算出的邊界點連接得到邊界曲線，屬于該邊界曲線內(nèi)部的區(qū)域作為可展平的取景區(qū)域；
[0072]S4:在所述取景區(qū)域內(nèi)取點，計算還原后該點的坐標值，得到還原后的圖像，計算公式如下
[0073]
= f xtan φχ Sc χ (-j====)， y^ = fx tan^x Scx(-j====)
4xo +)%2V-V +Λ2
[0074](X(l、yci)是在取景區(qū)域內(nèi)取點的原坐標，X' 0、y'。是計算出的展開后的圖像的坐標。
[0075]本實施例中的魚眼鏡頭圖像的展平方法，針對成像器的有效區(qū)域的邊緣，計算出展平前該區(qū)域邊界的坐標，然后通過計算出的邊界點連接得到邊界曲線，屬于該邊界曲線內(nèi)部的區(qū)域作為可展平的取景區(qū)域，最后在所述取景區(qū)域內(nèi)取點，計算還原后該點的坐標值，得到還原后的圖像。該方式實現(xiàn)了魚眼鏡頭圖像的展平，計算方法簡單，可以在圖像處理前直接在相機端實現(xiàn)圖像的展平，大大減少了后端圖像處理芯片的負荷，可以輸出流暢的視頻。本方案不僅采用等距投影，而是根據(jù)魚眼鏡頭視場角大的特點，將盡可能多的成像區(qū)域都進行等比例縮放，鋪滿整個成像器，展平后的視場角雖然比展平前小，但是遠遠大于普通鏡頭所能捕捉的圖像范圍。該方案解決了現(xiàn)有技術(shù)中魚眼鏡頭圖像復原的展開方法計算量大、無用區(qū)域多的技術(shù)問題，提供了一種計算量小、避免對無用區(qū)域的計算的魚眼鏡頭的圖像的展平方法及系統(tǒng)。
[0076]實施例2:
[0077]在本實施例中，在實施例1的基礎(chǔ)上，在所述步驟S4之后，還包括對因加工誤差帶來的系統(tǒng)誤差進行修正的過程。這樣，由于設(shè)備生產(chǎn)過程中存在誤差，從而造成的系統(tǒng)誤差，針對該誤差進行修正，提高了該處理后的圖像的準確程度。
[0078]在所述步驟SI之前，還包括:配置魚眼鏡頭的成像圓和成像器的有效區(qū)域，使得所述成像器的有效區(qū)域內(nèi)接于所述魚眼鏡頭的成像圓。由于所述成像器的有效區(qū)域內(nèi)接于所述魚眼鏡頭的成像圓，使得成像器的有效面積得以充分利用，無成像器的浪費，與現(xiàn)有技術(shù)中的設(shè)置方式相比，大大提高了成像器的利用率。此外，還通過增加鏡頭相對成像器的調(diào)整結(jié)構(gòu)調(diào)整鏡頭相對成像器工作區(qū)域的位置，可以使得鏡頭光軸與成像器中心重合。也可在圖像處理芯片中進行坐標變換，故在計算時將取屏幕中心作為計算起始點。傳統(tǒng)的魚眼鏡頭圖象校正采用面積統(tǒng)計算法或亮度差有效區(qū)域提取法，不但計算量大，給后期的系統(tǒng)運算芯片造成了極大的負荷，而且準確度不高。而本方案中通過簡單易行的機械機構(gòu)無級調(diào)整，準確調(diào)整成像器中心與鏡頭光軸重合，此結(jié)構(gòu)可以根據(jù)不同產(chǎn)品做成生產(chǎn)過程中的工裝治具，不會增加相機本身的重量、尺寸及成本。
[0079]進一步地，在本實施例中，針對成像器有效區(qū)域的邊緣，以任意步長取點，來計算出展平前的點坐標。此處的步長可以根據(jù)需要來選擇，為了保證計算的精確度，可以選擇步長為I個像素點，此時計算量較大，但是精確度最高。也可以選擇步長為若干個像素點，如2個、3個、4個或10個像素點，此時計算的準確度下降，但是計算量雖然大大減小了。根據(jù)需要，對步長進行合理選擇。
[0080]實施例3:
[0081]本實施例中提供一種魚眼鏡頭圖像的展平方法，其中采用的圖像獲取設(shè)備包括如下:
[0082]成像器(image sensor)為相機成像器件,光電轉(zhuǎn)換用，把外界光信號轉(zhuǎn)換為電信號，輸出的電信號可經(jīng)后端處理電路變成顯示器可以顯示的信號。
[0083]視場角是指鏡頭所能夠收集最邊緣光線的夾角，根據(jù)成像器的長短邊分為水平視場角、垂直視場角及對角線視場角。
[0084]魚眼鏡頭是根據(jù)仿生學原理仿照魚眼結(jié)構(gòu)設(shè)計加工的鏡頭，視場角可超過180度。
[0085]全景相機具有超大視場角，為滿足同時監(jiān)控到整個“面”的需求，采用了有別于傳統(tǒng)監(jiān)控相機鏡頭的“魚眼鏡頭”，以將視場角拉大到接近或超過，如一款小魚眼鏡頭，其視場角達到對角線192度，水平154度，垂直122度，如圖3 (b)中給出了垂直方向視場角122度，圖3 (c)中給出了對角線方向視場角193度，圖3(d)中給出了水平方向視場角154度。圖3(a)中給出了本實施例中成像器工作區(qū)域2和魚眼鏡頭I成像圓的關(guān)系，該魚眼鏡頭成像圓內(nèi)部內(nèi)接成像器的工作區(qū)域(即有效區(qū)域)。這樣在該方案中，有效成像區(qū)域內(nèi)接成像圓，為有效利用成像器的有效面積及魚眼鏡頭的最佳工作區(qū)域，鏡頭的成像圓需與成像器的有效區(qū)域尺寸搭配好。因成像器生產(chǎn)工藝復雜，已形成標準的1/6英寸至I英寸系列(常用為1/4英寸至2/3英寸)，故選用魚眼鏡頭以搭配成像器。此方案的優(yōu)點之一是無像素浪費，完全利用成像器的所有像素，大大降低了現(xiàn)有技術(shù)中對成像器的浪費。
[0086]在本實施例中基準點選取時，通過增加鏡頭相對成像器的調(diào)整結(jié)構(gòu)調(diào)整鏡頭相對成像器工作區(qū)域的位置，可以使得鏡頭光軸與成像器中心重合。如需要，也可在圖像處理芯片中進行坐標變換，故以下計算依據(jù)將取屏幕中心作為計算起始點。傳統(tǒng)的魚眼鏡頭圖象校正采用面積統(tǒng)計算法或亮度差有效區(qū)域提取法，不但計算量大，給后期的系統(tǒng)運算芯片造成了極大的負荷，而且準確度不高。而本設(shè)計的方法通過簡單易行的機械機構(gòu)無級調(diào)整，準確調(diào)整成像器中心與鏡頭光軸重合。此結(jié)構(gòu)可以根據(jù)不同產(chǎn)品做成生產(chǎn)過程中的工裝治具，不會增加相機本身的重量、尺寸及成本。
[0087]魚眼鏡頭選取時，選取光學設(shè)計為Y = f* Θ原理的魚眼鏡頭，以便可以使用全視場等距投影還原圖像，其他成像原理的魚眼鏡頭也可選用，但還原原理及公式需隨之改變。
[0088]本實施例中的魚眼鏡頭圖像的展平方法，通過等距投影方式從成像器邊緣開始計算，得出成像器可還原之取景區(qū)域。具體作法如下:
[0089]S1、準備計算:
[0090]Xl為有效成像區(qū)域?qū)?根據(jù)成像器及魚眼鏡頭計算，以無漸暈盡量大為準);
[0091]yl為有效成像區(qū)域高(根據(jù)成像器及魚眼鏡頭計算，以無漸暈盡量大為準)；
[0092]f為魚眼鏡頭焦距；
[0093]Sc為全局展平比例:S「2f x_X”



l2i
[0094]S2:自成像器有效區(qū)域邊緣以任意步長取點，按照如下公式計算出還原前的點坐標:
[0095]公式如下:
[0096]k=^； (xb) yb)為有效區(qū)域邊緣取點坐標，k為點與坐標系中心連線的斜率；
Xb
[0097]φ=&—;爐為點(xb, yb)對應(yīng)的展平前的視場角，
Ψi'xSc
[0098]h = f X Φ ；h為點(xb, yb)對應(yīng)的展平前像高；
fxa tan(^.2..H—}f χ a.....:)
[0099]xe=——^^，ye=—^I=J=^P^；
Ji+('l^fJi+(
[0100](xe, ye)為(xb, yb)對應(yīng)的邊界點；
[0101]S3:根據(jù)成像器分辨率進行取點，并將計算所得邊界點連成曲線即得到邊界曲線，即可用來展平的取景區(qū)域。
[0102]S4:圖像還原:
[0103]根據(jù)成像器分辨率在d)計算所的取景區(qū)域內(nèi)進行取點，按照以下公式還原:
[0104]
X0 = Γ χ tan φ χ Sc χ (......j=JliL.==), ι.0 = f χ Ian φ χ Sc χ (......j=JjL.==)

4χη +}'η.V-V + Λ2
[0105](Xpyci)是在取景區(qū)域內(nèi)取點的原坐標，χ' 0、y'。是計算出的展開后的圖像的坐標。
[0106]S5:對樣品進行因加工誤差帶來的系統(tǒng)誤差的修正。
[0107]在本實施例中提供的魚眼鏡頭圖像的展平方法，成像器有效區(qū)域內(nèi)接魚眼鏡頭成像圓，無成像器的浪費；在進行芯片處理前直接計算出取景區(qū)域，即可展平的區(qū)域，大大減少了后端圖像處理芯片的負荷，輸出視頻流流暢。本設(shè)計并非僅僅采用等距投影，而是根據(jù)魚眼鏡頭視場角大的特點，將盡可能多的成像區(qū)域都進行等比例縮放，鋪滿整個成像器，故展平后的視場角雖然比展平前小，但還是遠遠大于普通鏡頭所能捕捉的圖像范圍，通過等距投影方式從成像器邊緣找到最小像點，再根據(jù)成像器長寬比例得出成像范圍，再次利用等距投影方式投射至成像器得到待處理區(qū)域。本方法大大降低了圖像處理的計算量，更合理地從相機源頭出發(fā)，在全景相機內(nèi)部做出調(diào)整，以便直接輸出符合視覺習慣的還原圖像。在此基礎(chǔ)上，還可以輸出坐標數(shù)據(jù)給相關(guān)設(shè)備，實現(xiàn)觸發(fā)聯(lián)動，既節(jié)省存儲空間，又不會遺漏重要事項。
[0108]實施例4:
[0109]本實施例中，提供一種具體的魚眼鏡頭的圖像展平方法，以1/3英寸成像器作為案例進行說明。
[0110]a) 1/3英寸成像器有效成像尺寸為4.8x3.6mm,故選用5.7mm的成像圓魚眼鏡頭，以匹配1/3英寸的成像器.本案例選用的魚眼鏡頭規(guī)格如下:
[0111]表I魚眼鏡頭I設(shè)計規(guī)格塑號FE-185-1.8
焦距1.Sum
光圖P1.4 -16 (手動)
成象亭IS5.7am
像素6MP
視野氷平152.8°

垂直114.6°

對角185°
解像力中心2 O OIP /nrn
邊緣〗40Γρ/ι?Μ
接口C/CS-Moimt
溫度范圍-40° -70°
[0113]b)基準點選取:如上述實施例中提到，為盡量減少后期芯片的運算并保證碼流的流暢，選用成像器的有效區(qū)域中心作為基準點；
[0114]c)算法:
[0115]計算可拉平區(qū)域，如圖4中的算法原理，根據(jù)成像器的有效區(qū)域進行等距投影計算，獲取最大供取景范圍方錐。方錐依據(jù)等距投影原理至成像面所得即成像器上可拉平的區(qū)域。
[0116]本實施例中，1/3英寸成像器有效區(qū)域4.8x3.6毫米，本魚眼鏡頭的視場角垂直方向的視場角為114.6度，因魚眼鏡頭成像圓為5.7毫米，比1/3英寸成像器有效區(qū)域稍小，故取成像器工作區(qū)域為4.5x3.375毫米(即直徑5.625毫米，比成像圓直徑略小)，窄邊視場角為53.7x2 = 107.4度。在成像器上的區(qū)域如圖5中的本例算法原理?？衫絽^(qū)域坐標計算:
[0117]上述實施例步驟SI中的準備計算結(jié)果如圖6所示，步驟S2中自成像器有效區(qū)域邊緣以任意步長取點，計算出還原前的點坐標的結(jié)果如圖7(a)-圖10(c)所示。這樣，就可以得到取景區(qū)域。
[0118]在圖像還原步驟中，根據(jù)取景錐面的4個面分四個區(qū)域計算，即得準確的每個點的展平坐標，完成圖像還原，如圖11所示，實際計算區(qū)域效果圖如圖12所示。
[0119]通過該實例可以看出，本發(fā)明的魚眼鏡頭圖像的展平方法，除在光學鏡頭的選型上有獨到之處，而且在圖像的展平還原上采用了等距投影后的等比縮放，最大限度地保留了魚眼鏡頭視場角大的特點，并且使得直接從相機輸出符合人類視覺習慣的圖像，為全景相機真正走入安防監(jiān)控領(lǐng)域創(chuàng)造了條件。
[0120]此外，本方案中可將盡可能多的計算都在工廠完成，真正需要寫入相機的還原僅僅是最后計算好的區(qū)域內(nèi)點的還原，計算量要遠遠小于現(xiàn)各圖像還原的方案。同時也為算法寫入計算芯片，在前端攝像頭完成圖像展平校正做好了準備。
[0121]實施例5:
[0122]本實施例中提供一種使用上述實施例所述的圖像展平方法的魚眼鏡頭圖像的展平系統(tǒng)，包括:
[0123]全局展平比例計算模塊:計算全局展平比例S。，采用以下公式_卜

2Γ'
[0125]其中，X1為有效成像區(qū)域?qū)?，Y1為有效成像區(qū)域高，f為魚眼鏡頭焦距；
[0126]邊界計算模塊:針對成像器有效區(qū)域的邊緣，計算出展平前的點坐標，采用以下公式:
[0127](xb, yb)為有效區(qū)域邊緣取點坐標，k為點與坐標系中心連線的斜率；
Ab
[0128]"tan2?-;穸為點(xb, yb)對應(yīng)的展平前的視場角，

? χ Sc
[0129]h = f X Φ ；h為點(xb, yb)對應(yīng)的展平前像高；
f χ a Ian(SlZ)f κ a tan(^Z±Z)
^ —I χ Sc τ? —I χ Sc.L0130」 \ —?- , ye —j- t
Ji+(}),fJi+(^r
[0131](xe, ye)為(xb，yb)對應(yīng)的邊界點；
[0132]取景區(qū)域設(shè)定模塊:將上述計算出的邊界點連接得到邊界曲線，屬于該邊界曲線內(nèi)部的區(qū)域作為可展平的取景區(qū)域；
[0133]展平模塊:在所述取景區(qū)域內(nèi)取點，計算還原后該點的坐標值，得到還原后的圖像，采用如下公式:
[0134]
X0 =f xtan^xScx(-j=JS==)? J0 = Txtan^xScx(......j=M===)



#0—+.F0-
[0135](Χ(ι、％)是在取景區(qū)域內(nèi)取點的原坐標，X' 0、y'。是計算出的展開后的圖像的坐標。
[0136]本實施例所述的魚眼鏡頭圖像的展平系統(tǒng)，實現(xiàn)了魚眼鏡頭圖像的展平，計算方法簡單，可以在圖像處理前直接在相機端實現(xiàn)圖像的展平，大大減少了后端圖像處理芯片的負荷，可以輸出流暢的視頻。
[0137]顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護范圍之中。
【權(quán)利要求】
1.一種魚眼鏡頭圖像的展平方法，其特征在于，包括如下步驟: 51:計算全局展平比例S。，采用以下公式 ?X1 Sc =-!-
2f X tan(晝寺) 其中，X1為有效成像區(qū)域?qū)?，Yi為有效成像區(qū)域高，f為魚眼鏡頭焦距； 52:針對成像器有效區(qū)域的邊緣，計算出展平前的點坐標，公式如下: ^Tl 5 (xb, yb)為有效區(qū)域邊緣取點坐標，k為點與坐標系中心連線的斜率； 『迦辦為點(xb, yb)對應(yīng)的展平前的視場角， ΨfxSc h = f X Φ ；h為點(xb, yb)對應(yīng)的展平前像高； f 她 Jw)—Α? τ —IX Sc ,, —? X Sc.~,yr — j= f
Jl+ Cv")2Jl+ (Χ")2
I χι>I yA (χ6, ye)為(xb，yb)對應(yīng)的邊界點； 53:將上述計算出的邊界點連接得到邊界曲線，屬于該邊界曲線內(nèi)部的區(qū)域作為可展平的取景區(qū)域； S4:在所述取景區(qū)域內(nèi)取點，計算還原后該點的坐標值，得到還原后的圖像，計算公式如下X0 = f xtan^xScx( ,.....................................) > J0 = fxtanyx&x(.——.....................)
-VxO2+Λ2νΛ'--+Λ2 O^ytl)是在取景區(qū)域內(nèi)取點的原坐標，X' 0、1丨。是計算出的展開后的圖像的坐標。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的魚眼鏡頭圖像的展平方法，其特征在于，在所述步驟S4之后，還包括對因加工誤差帶來的系統(tǒng)誤差進行修正的過程。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的魚眼鏡頭圖像的展平方法，其特征在于，在所述步驟SI之前，還包括:配置魚眼鏡頭的成像圓和成像器的有效區(qū)域，使得所述成像器的有效區(qū)域內(nèi)接于所述魚眼鏡頭的成像圓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的魚眼鏡頭圖像的展平方法，其特征在于，在所述步驟SI之前，還包括:調(diào)整鏡頭相對成像器工作區(qū)域的位置，使得鏡頭光軸與成像器中心重合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的魚眼鏡頭圖像的展平方法，其特征在于，還包括鏡頭相對成像器的調(diào)整機構(gòu)，通過該調(diào)整機構(gòu)實現(xiàn)鏡頭光軸與成像器的中心重合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的魚眼鏡頭圖像的展平方法，其特征在于，在所述步驟S2中，針對成像器有效區(qū)域的邊緣，以任意步長取點，來計算出展平前的點坐標。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的魚眼鏡頭圖像的展平方法，其特征在于，所述步長為1-10個像素點。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的魚眼鏡頭圖像的展平方法，其特征在于，所述步長為I或2個像素點。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的魚眼鏡頭圖像的展平方法，其特征在于，在所述步驟S4中，取屏幕中心作為計算起始點。
10.一種使用權(quán)利要求1-9所述展平方法的魚眼鏡頭圖像的展平系統(tǒng)，其特征在于，包括: 全局展平比例計算模塊:計算全局展平比例S。，采用以下公式.(3^ 一 ———————————— 9
21'X tan( X| )
21 其中，X1為有效成像區(qū)域?qū)?，Yi為有效成像區(qū)域高，f為魚眼鏡頭焦距； 邊界計算模塊:針對成像器有效區(qū)域的邊緣，計算出展平前的點坐標，采用以下公式: k=，； (xb, yb)為有效區(qū)域邊緣取點坐標，k為點與坐標系中心連線的斜率；
tan* —為點(xb，yb)對應(yīng)的展平釗的視場角，
f xSc h = f X Φ ;h為點(xb，yb)對應(yīng)的展平前像高；
fxatanfSlZ)Γ χ a Ian(^ElZ) ν _.FxSc ? _.fxSc ,
j w__% τ**_ 一? Je1--f
Jl+ (^fJ1+(y)2 (χ6, ye)為(xb，yb)對應(yīng)的邊界點； 取景區(qū)域設(shè)定模塊:將上述計算出的邊界點連接得到邊界曲線，屬于該邊界曲線內(nèi)部的區(qū)域作為可展平的取景區(qū)域； 展平模塊:在所述取景區(qū)域內(nèi)取點，計算還原后該點的坐標值，得到還原后的圖像，采用如下公式:
Y11
Xp =f xtanf>xScx( , 11 ? j0 = fxtanpx&x( , 0:)
4Χ? +Λ2νΛ'--2 +Λ?2 O^ytl)是在取景區(qū)域內(nèi)取點的原坐標，X' 0、1丨。是計算出的展開后的圖像的坐標。
【文檔編號】H04N5/232GK104135608SQ201410216407
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月21日
【發(fā)明者】張華輝, 朱忻, 高堅, 談捷 申請人:張家港恩達通訊科技有限公司