一种确定曲面镜头畸变参数的方法、装置以及电子设备的制作方法
【专利摘要】本发明实施例公开了一种确定曲面镜头畸变参数的方法、装置以及电子设备，该方法包括：获得在第一位置基于一固定轴旋转一曲面镜头而拍摄获得的角度不同的至少三张第一图片，其中至少三张第一图片对应的至少三个采集区域具有相同的第一子采集区域；在至少三张第一图片中，确定出第一子采集区域内第一特征物对应的至少三个第一特征点；拟合至少三个第一特征点对应的圆弧，获得畸变中心；获得在与第一位置不同的第二位置，通过曲面镜头拍摄获得的第二图片，第二图片对应的采集区域包括第一子采集区域；从第二图片提取出第一特征物对应的第二特征点，并基于畸变中心、第一特征点和第二特征点，确定曲面镜头的畸变参数。
【专利说明】—种确定曲面镜头畸变参数的方法、装置以及电子设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及图像处理领域，尤其涉及一种确定曲面镜头畸变参数的方法、装置以及电子设备。
【背景技术】
[0002]随着科学技术的不断发展，计算机视觉处理在越来越多的领域中得到了广泛的应用，曲面镜头如鱼眼镜头、广角镜头以及折反射镜头在各个领域中应用得越来越广泛，以鱼眼镜头为例，鱼眼镜头相机因其通常具有非常大的视野而在视频监控、机器人导航以及三维重建等领域得到广泛应用。
[0003]然而，在视野扩大的同时，通过鱼眼镜头等曲面镜头所获得的图像同时会非常大的失真，表现在图像上是越靠近图像的外边缘，失真的程度越大，继而导致曲面镜头在视频监控、机器人导航等领域的应用受到非常大的限制。
[0004]目前，确定鱼眼镜头等曲面镜头的畸变参数大致上可以分为以下两类:第一类是基于点匹配的方法，拍摄至少三幅图像，并通过图像之间特征点的匹配，在某种约束条件(如交比的投影不变性)下进行畸变参数求解，第二类是基于直线的方法，根据直线发生的畸变直接近似地求解畸变参数。
[0005]但是，上述所介绍的两种方法均需要特定的标定图像才能够进行准确的计算，若获得的标定图像噪声较大，则会造成最后计算所得的畸变参数不准确，从而使得通过曲面镜头所获得的图像根据该畸变参数进行校正后图像效果不理想，继而造成鱼眼镜头等曲面镜头无法应用于一些对标定图像影响较大的场景。
[0006]因此，现有技术中存在在确定鱼眼镜头等曲面镜头的畸变参数时对标定图像的要求较高的技术问题。
【发明内容】
[0007]本发明实施例通过提供一种确定曲面镜头畸变参数的方法、装置以及电子设备，用以解决现有技术中存在的在确定鱼眼镜头等曲面镜头的畸变参数时对标定图像的要求较高的技术问题。
[0008]第一方面，本发明实施例提供了一种确定曲面镜头畸变参数的方法，包括:
[0009]获得在第一位置基于一固定轴旋转一曲面镜头而拍摄获得的角度不同的至少三张第一图片，其中所述至少三张第一图片对应的至少三个采集区域具有相同的第一子采集区域；
[0010]在所述至少三张第一图片中，确定出所述第一子采集区域内第一特征物对应的至少三个第一特征点；
[0011]拟合所述至少三个第一特征点对应的圆弧，获得畸变中心；
[0012]获得在与所述第一位置不同的第二位置，通过所述曲面镜头拍摄获得的第二图片，所述第二图片对应的采集区域包括所述第一子采集区域；[0013]从所述第二图片提取出所述第一特征物对应的第二特征点，并基于所述畸变中心、所述第一特征点和所述第二特征点，确定所述曲面镜头的畸变参数。
[0014]在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述在所述至少三张第一图片中，确定出所述第一子采集区域内第一特征物对应的至少三个第一特征点，具体包括:
[0015]对所述至少三张第一图片中每张图片进行特征点提取处理；
[0016]对提取出的特征点进行匹配处理；
[0017]确定出所述至少三个第一特征点。
[0018]在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述拟合所述至少三个第一特征点对应的圆弧，获得崎变中心，具体包括:
[0019]对所述至少三个第一特征点进行圆方程拟合，获得至少一个圆心坐标；
[0020]对所述至少一个圆心坐标进行非线性优化，获得所述畸变中心。
[0021]在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述基于所述畸变中心、所述第一特征点和所述第二特征点，获得所述曲面镜头的畸变参数，具体包括:
[0022]以所述畸变中心为相对原点坐标，获得所述第一特征点对应的第一相对坐标和所述第二特征点对应的第二相对坐标；
[0023]确定所述第一相对坐标、所述第二相对坐标和一基本矩阵满足一预设约束条件，并基于所述第一相对坐标和所述第二相对坐标获得所述基本矩阵；
[0024]基于所述基本矩阵对应的二次特征根，获得所述畸变参数。
[0025]结合第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述基于所述基本矩阵对应的二次特征根，获得所述畸变参数，具体包括:求解所述基本矩阵对应的至少一个二次特征根；根据几何距离，对所述至少一个二次特征根进行筛选，获得所述畸变参数。
[0026]第二方面，本发明实施例还提供一种确定曲面镜头畸变参数的装置，包括:
[0027]第一获得单元，用于获得在第一位置基于一固定轴旋转一曲面镜头而拍摄获得的角度不同的至少三张第一图片，其中所述至少三张第一图片对应的至少三个采集区域具有相同的第一子采集区域；
[0028]第一确定单元，用于在所述至少三张第一图片中，确定出所述第一子采集区域内第一特征物对应的至少三个第一特征点；
[0029]拟合单元，用于拟合所述至少三个第一特征点对应的圆弧，获得畸变中心；
[0030]第二获得单元，用于获得在与所述第一位置不同的第二位置，通过所述曲面镜头拍摄获得的第二图片，所述第二图片对应的采集区域包括所述第一子采集区域；
[0031]第二确定单元，用于从所述第二图片提取出所述第一特征物对应的第二特征点，并基于所述畸变中心、所述第一特征点和所述第二特征点，确定所述曲面镜头的畸变参数。
[0032]在第二方面的第一种可能的实现方式中，所述第一确定单元具体用于对所述至少三张第一图片中每张图片进行特征点提取处理，并对提取出的特征点进行匹配处理，并确定出所述至少三个第一特征点。
[0033]在第二方面的第二种可能的实现方式中，所述拟合单元具体用于对所述至少三个第一特征点进行圆方程拟合，获得至少一个圆心坐标，并对所述至少一个圆心坐标进行非线性优化，获得所述畸变中心。
[0034]在第二方面的第三种可能的实现方式中，所述第二确定单元具体用于以所述畸变中心为相对原点坐标，获得所述第一特征点对应的第一相对坐标和所述第二特征点对应的第二相对坐标，并确定所述第一相对坐标、所述第二相对坐标和一基本矩阵满足一预设约束条件，并基于所述第一相对坐标和所述第二相对坐标获得所述基本矩阵，并基于所述基本矩阵对应的二次特征根，获得所述畸变参数。
[0035]结合第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述第二确定单元具体用于求解所述基本矩阵对应的至少一个二次特征根，并根据几何距离，对所述至少一个二次特征根进行筛选，获得所述畸变参数。
[0036]第三方面，本发明实施例还提供一种电子设备，包括:第二方面提供的装置，所述装置与一曲面镜头相连。
[0037]本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点:
[0038]由于采用了获得在第一位置基于一固定轴旋转一曲面镜头而拍摄获得的角度不同的至少三张第一图片，并在至少三张第一图片中，确定出第一子采集区域内第一特征物对应的至少三个第一特征点，并拟合至少三个第一特征点对应的圆弧，获得畸变中心，并获得在与第一位置不同的第二位置，通过曲面镜头拍摄获得的第二图片，并从第二图片提取出第一特征物对应的第二特征点，并基于畸变中心、第一特征点和第二特征点，确定曲面镜头的畸变参数的技术方案，第一特征点和第二特征点基于单轴旋转而得到，其运动轨迹将为以畸变中心为圆心的同心圆系，所以能够获得准确的畸变中心，并且能够在无特殊标定图像要求的基础上，针对任意场景的图像进行自标定，所以解决了现有技术中存在的在确定鱼眼镜头等曲面镜头的畸变参数时对标定图像的要求较高的技术问题，实现了扩大鱼眼镜头等曲面镜头的应用范围的技术效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0039]图1为本发明实施例提供的确定曲面镜头畸变参数的方法的流程图；
[0040]图2为本发明实施例提供的通过曲面镜头拍摄获得角度不同的至少三张第一图片和第二图片的示意图；
[0041]图3A为本发明实施例提供的通过鱼眼镜头拍摄获得的图片的原始图片；
[0042]图3B为应用本发明实施例提供的确定曲面镜头畸变参数的方法对鱼眼镜头拍摄获得的原始图片进行校正之后的效果图；
[0043]图4为本发明实施例提供的确定曲面镜头畸变参数的装置的功能模块图。
【具体实施方式】
[0044]本发明实施例通过提供一种确定曲面镜头畸变参数的方法、装置以及电子设备，用以解决现有技术中存在的在确定鱼眼镜头等曲面镜头的畸变参数时对标定图像的要求较高的技术问题。
[0045]本发明实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下:
[0046]本发明实施例提供一种定曲面镜头畸变参数的方法，该方法包括:
[0047]获得在第一位置基于一固定轴旋转一曲面镜头而拍摄获得的角度不同的至少三张第一图片，其中至少三张第一图片对应的至少三个采集区域具有相同的第一子采集区域；[0048]在至少三张第一图片中，确定出第一子采集区域内第一特征物对应的至少三个第一特征点；
[0049]拟合至少三个第一特征点对应的圆弧，获得畸变中心；
[0050]获得在与第一位置不同的第二位置，通过曲面镜头拍摄获得的第二图片，第二图片对应的采集区域包括第一子采集区域；
[0051]从第二图片提取出第一特征物对应的第二特征点，并基于畸变中心、第一特征点和第二特征点，确定曲面镜头的畸变参数。
[0052]通过上述部分可以看出，由于采用了获得在第一位置基于一固定轴旋转一曲面镜头而拍摄获得的角度不同的至少三张第一图片，并在至少三张第一图片中，确定出第一子采集区域内第一特征物对应的至少三个第一特征点，并拟合至少三个第一特征点对应的圆弧，获得畸变中心，并获得在与第一位置不同的第二位置，通过曲面镜头拍摄获得的第二图片，并从第二图片提取出第一特征物对应的第二特征点，并基于畸变中心、第一特征点和第二特征点，确定曲面镜头的畸变参数的技术方案，第一特征点和第二特征点基于单轴旋转而得到，其运动轨迹将为以畸变中心为圆心的同心圆系，所以能够获得准确的畸变中心，并且能够在无特殊标定图像要求的基础上，针对任意场景的图像进行自标定，所以解决了现有技术中存在的在确定鱼眼镜头等曲面镜头的畸变参数时对标定图像的要求较高的技术问题，实现了扩大鱼眼镜头等曲面镜头的应用范围的技术效果。
[0053]为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
[0054]在具体实施过程中，曲面镜头可以是鱼眼镜头、广角镜头或折反射镜头等等，在接下来的部分中，将以曲面镜头具体为一鱼眼镜头为例，来介绍本发明实施例中的技术方案。
[0055]本发明实施例提供一种确定曲面镜头畸变参数的方法，请参考图1，图1是本发明实施例提供的确定曲面镜头畸变参数的方法的流程图，如图1所示，该方法包括:
[0056]S1:获得在第一位置基于一固定轴旋转一曲面镜头而拍摄获得的角度不同的至少三张第一图片，其中至少三张第一图片对应的至少三个采集区域具有相同的第一子采集区域；
[0057]S2:在至少三张第一图片中，确定出第一子采集区域内第一特征物对应的至少三个第一特征点；
[0058]S3:拟合至少三个第一特征点对应的圆弧，获得畸变中心；
[0059]S4:获得在与第一位置不同的第二位置，通过曲面镜头拍摄获得的第二图片，第二图片对应的采集区域包括第一子采集区域；
[0060]S5:从第二图片提取出第一特征物对应的第二特征点，并基于畸变中心、第一特征点和第二特征点，确定曲面镜头的畸变参数。
[0061 ] 在介绍本发明实施例中的技术方案之前，先介绍一下单参数除法径向畸变模型，该模型可以表示为:
[0063] 其中，xd= (xd, yd)T为畸变图像点，xu = (xu, yu)T为经过畸变校正后的图像点，X0 = (X。，y。)1为畸变中心，rd为畸变图像点Xd与畸变中心点Crad的欧式距离,表示为rd =IXd-X011, λ为待求取的模型参数。
[0064]在步骤SI中，请同时参考图2，图2是本发明实施例提供的通过曲面镜头拍摄获得角度不同的至少三张第一图片和第二图片的示意图，如图2所示，在本实施例中，基于该固定轴，分别以两个角度旋转鱼眼镜头并相应地拍摄图片，该两个角度可以相同，也可以不相同，例如可以为30°、60°等等，当然，为保证本方案的正常实施，需要保证三张第一图片对应的三个采集区域具有相同的第一子采集区域。通过本实施例的介绍，本领域所属的技术人员能够根据实际情况，设置合适的旋转角度，以满足实际情况的需要，在此就不再赘述了。
[0065]在接下来的介绍中，将分别以三张图片为第一次拍摄图片、第二次拍摄图片和第三次拍摄图片来对应介绍。
[0066]当然，在具体实施过程中，在保证拍摄所获得的图片对应的采集区域具有相同的第一子采集区域的情况下，可以继续旋转鱼眼镜头并相应地拍摄图片，从而使得后续计算过程能够有更多的参考数据，继而提高计算所获得的畸变中心和畸变参数的准确度，在此就不再赘述了。
[0067]在本实施例中，将以拍摄所获得的第一图片为三张第一图片为例，来介绍本发明实施例提供确定曲面镜头畸变参数的方法。
[0068]在通过步骤SI获得三张第一图片之后，本发明实施例提供的确定曲面镜头畸变参数的方法进入步骤S2，即:在至少三张第一图片中，确定出第一子采集区域内第一特征物对应的至少三个第一特征点。
[0069]在步骤S2中，具体来讲，可以是利用特征点提取以及匹配的方法，对步骤SI中获得的三张第一图片进行特征点提取以及匹配，例如可以利用Surf (Speeded Up RobustFeatures，加速鲁棒特征)算法，对三张第一图片进行特征点提取以及匹配，从而确定出第一子采集区域内第一特征物对应的三个第一特征点。
[0070]需要说明的是，在接下来的部分中，为了便于理解本实施例中的技术方案以及保证说明书的简洁，将以在步骤S2中确定出了第一特征物对应的三个第一特征点为例来进行介绍，在具体实施过程中，为了提高最后所计算的结果的正确性，在步骤S2中还可以确定更多的特征点，例如与第一特征物不同的第二特征物所对应的三个第二特征点等等，在此就不再赘述了。
[0071]在通过步骤S2确定三个第一特征点之后，本发明实施例提供的信息处理方法进入步骤S3，即:拟合至少三个第一特征点对应的圆弧，获得畸变中心。在步骤S3中，具体来讲，三维空间上的任意一个点可以简记为(x，y，z)T，将鱼眼镜头所在的拍摄装置对应的矩阵记为P，于是可知P = KR[I 1-C]，其中K为该拍摄装置的感光单元对应的标定矩阵，R为
相机相对于世界坐标的定向矩阵，I为单位阵，则可以推导得知=K[R1 If]，其中
表示表示相机旋转了 i次后对应的映射矩阵,Ri表示旋转了 i次后，相机相对于世界坐标的
定向矩阵，P表示旋转了 i次后相机相对于世界坐标的偏移向量；以及xL= x ,其中X1m
表示旋转了 i次之后的相机拍摄得到的图像点，X表示世界坐标中的三维位置点。
[0072]将世界坐标系与拍摄装置第一次拍摄时的坐标系重合，则可以推导得知:
【权利要求】
1.一种确定曲面镜头畸变参数的方法，其特征在于，包括: 获得在第一位置基于一固定轴旋转一曲面镜头而拍摄获得的角度不同的至少三张第一图片，其中所述至少三张第一图片对应的至少三个采集区域具有相同的第一子采集区域； 在所述至少三张第一图片中，确定出所述第一子采集区域内第一特征物对应的至少三个第一特征点； 拟合所述至少三个第一特征点对应的圆弧，获得畸变中心； 获得在与所述第一位置不同的第二位置，通过所述曲面镜头拍摄获得的第二图片，所述第二图片对应的采集区域包括所述第一子采集区域； 从所述第二图片提取出所述第一特征物对应的第二特征点，并基于所述畸变中心、所述第一特征点和所述第二特征点，确定所述曲面镜头的畸变参数。
2.如权利要求1所述 的方法，其特征在于，所述在所述至少三张第一图片中，确定出所述第一子采集区域内第一特征物对应的至少三个第一特征点，具体包括: 对所述至少三张第一图片中每张图片进行特征点提取处理； 对提取出的特征点进行匹配处理； 确定出所述至少三个第一特征点。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述拟合所述至少三个第一特征点对应的圆弧，获得畸变中心，具体包括: 对所述至少三个第一特征点进行圆方程拟合，获得至少一个圆心坐标； 对所述至少一个圆心坐标进行非线性优化，获得所述畸变中心。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述畸变中心、所述第一特征点和所述第二特征点，获得所述曲面镜头的畸变参数，具体包括: 以所述畸变中心为相对原点坐标，获得所述第一特征点对应的第一相对坐标和所述第二特征点对应的第二相对坐标； 确定所述第一相对坐标、所述第二相对坐标和一基本矩阵满足一预设约束条件，并基于所述第一相对坐标和所述第二相对坐标获得所述基本矩阵； 基于所述基本矩阵对应的二次特征根，获得所述畸变参数。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于所述基本矩阵对应的二次特征根，获得所述畸变参数，具体包括: 求解所述基本矩阵对应的至少一个二次特征根； 根据几何距离，对所述至少一个二次特征根进行筛选，获得所述畸变参数。
6.一种确定曲面镜头畸变参数的装置，其特征在于，包括: 第一获得单元，用于获得在第一位置基于一固定轴旋转一曲面镜头而拍摄获得的角度不同的至少三张第一图片，其中所述至少三张第一图片对应的至少三个采集区域具有相同的第一子采集区域； 第一确定单元，用于在所述至少三张第一图片中，确定出所述第一子采集区域内第一特征物对应的至少三个第一特征点； 拟合单元，用于拟合所述至少三个第一特征点对应的圆弧，获得畸变中心； 第二获得单元，用于获得在与所述第一位置不同的第二位置，通过所述曲面镜头拍摄获得的第二图片，所述第二图片对应的采集区域包括所述第一子采集区域； 第二确定单元，用于从所述第二图片提取出所述第一特征物对应的第二特征点，并基于所述畸变中心、所述第一特征点和所述第二特征点，确定所述曲面镜头的畸变参数。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一确定单元具体用于对所述至少三张第一图片中每张图片进行特征 点提取处理，并对提取出的特征点进行匹配处理，并确定出所述至少三个第一特征点。
8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述拟合单元具体用于对所述至少三个第一特征点进行圆方程拟合，获得至少一个圆心坐标，并对所述至少一个圆心坐标进行非线性优化，获得所述畸变中心。
9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二确定单元具体用于以所述畸变中心为相对原点坐标，获得所述第一特征点对应的第一相对坐标和所述第二特征点对应的第二相对坐标，并确定所述第一相对坐标、所述第二相对坐标和一基本矩阵满足一预设约束条件，并基于所述第一相对坐标和所述第二相对坐标获得所述基本矩阵，并基于所述基本矩阵对应的二次特征根，获得所述畸变参数。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第二确定单元具体用于求解所述基本矩阵对应的至少一个二次特征根，并根据几何距离，对所述至少一个二次特征根进行筛选，获得所述畸变参数。
11.一种电子设备，其特征在于，包括: 如权利要求6-10中任一权项所述的装置，与一曲面镜头相连。
【文档编号】G06T7/00GK103955928SQ201410174578
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月28日 优先权日:2014年4月28日
【发明者】杜歆, 方奎, 蒋宇波 申请人:华为技术有限公司