鱼眼图像变形校正算法研究

论文摘要

鱼眼镜头具有焦距短、视场角大的优点，被广泛应用在全方位视觉系统等各个领域，但用鱼眼摄像机拍摄的图像具有严重的变形失真，要利用这些具有严重变形的投影信息，恢复出实际场景，必须将其转换成人眼视觉所习惯的透视投影图像。因此，鱼眼图像的变形校正技术成为现在的一个研究热点。鱼眼图像的变形校正主要包括鱼眼图像的预处理、图像的轮廓提取及畸变校正三个方面的内容。首先，在进行图像校正前需要对鱼眼图像进行预处理，降低或消除噪声和无用信息的影响，增强和突出图像的有用信息，预处理的结果直接关系到后期图像轮廓提取和变形校正结果的质量。预处理过程主要分为彩色图像的二值化、滤波去噪、形态学处理等操作。其次，在图像亮度小、有效区域边缘存在大量黑色像素点时，现有的提取鱼眼图像轮廓的方法不能准确提取出轮廓，本文提出了一种改进的提取鱼眼图像轮廓的方法，同以往算法相比，该算法适用范围更广，精度更高。针对本实验室拍摄的鱼眼图像轮廓边缘处存在一白色光圈，各种算法均不能准确求取其轮廓，又提出了一种基于Hough圆检测的方法，可以准确定位鱼眼图像。再次，在鱼眼图像的畸变校正方面，本文在分析研究国内外各种鱼眼图像校正方法的基础上，用两种简单快速的算法：球面坐标定位法和经纬映射法实现了鱼眼图像的变形校正，并对校正后的图像进行了插值补偿，使校正效果更好。最后，因为每个观察者的观察角度不同，其感兴趣区域有时在偏离光学中心很远的、畸变较大的区域，研究实现了一种鱼眼图像的光学中心转移算法，能够将一副鱼眼图像展开成一系列小图片。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 鱼眼镜头的国内外发展概况
• 1.3 鱼眼图像变形校正技术的研究现状
• 1.4 本课题的研究内容
• 1.5 本论文的主要工作
• 1.6 论文结构安排
• 第2章 鱼眼镜头及摄像机成像研究
• 2.1 鱼眼镜头的结构及光学特性分析
• 2.1.1 鱼眼镜头的结构
• 2.1.2 鱼眼镜头的光学特性分析
• 2.2 摄像机的成像原理
• 2.2.1 传统摄像机的成像原理
• 2.2.2 传统摄像机成像过程
• 2.3 鱼眼镜头成像及引起图像变形的研究
• 2.3.1 鱼眼镜头成像原理
• 2.3.2 鱼眼镜头引起图像变形的原因
• 2.3.3 现有改变鱼眼镜头变形的方法
• 2.4 本章小结
• 第3章 鱼眼图像的预处理及轮廓提取
• 3.1 鱼眼镜头的近似成像模型
• 3.1.1 多项式逼近模型
• 3.1.2 抛物面成像模型
• 3.1.3 理想球面成像模型
• 3.2 鱼眼投影的两种简单模型
• 3.2.1 半球鱼眼投影
• 3.2.2 角鱼眼投影
• 3.3 鱼眼图像的预处理
• 3.3.1 彩色图像二值化
• 3.3.2 图像的滤波去噪
• 3.3.3 数学形态学图像处理
• 3.4 提取鱼眼图像轮廓的算法研究
• 3.4.1 最小二乘拟合法
• 3.4.2 面积统计法
• 3.4.3 扫描线逼近算法
• 3.4.4 区域增长法
• 3.5 对鱼眼图像轮廓提取算法的改进
• 3.5.1 算法原理
• 3.5.2 算法的具体实现过程
• 3.5.3 鱼眼图像轮廓提取结果及分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 鱼眼图像的几何失真校正
• 4.1 几何失真校正
• 4.2 灰度插值方法
• 4.2.1 最近邻插值法
• 4.2.2 双线性插值算法
• 4.2.3 三次卷积插值算法
• 4.3 针对实验室所摄鱼眼图像进行轮廓提取
• 4.3.1 Hough 变换原理
• 4.3.2 Hough 圆变换
• 4.3.3 应用 Hough 圆变换实现鱼眼图像的轮廓提取
• 4.3.4 实验结果分析
• 4.4 鱼眼图像畸变校正
• 4.5 本章小结
• 第5章 鱼眼图像畸变校正算法及实现
• 5.1 球面坐标定位法
• 5.1.1 算法原理
• 5.1.2 对校正后鱼眼图像的后续处理
• 5.2 经纬映射法
• 5.3 鱼眼图像变形校正结果分析
• 5.3.1 图像采集所用设备
• 5.3.2 校正结果
• 5.4 鱼眼图像光学中心转移与算法
• 5.4.1 透视投影图像畸变分析
• 5.4.2 大视角图像光学中心的转移及算法
• 5.4.3 不同光学中心鱼眼图像展开结果
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介