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摘要光学透镜的透视失真，也称为镜头畸变。在医学诊断、军事上的探测制导以及工业上的监控测量等许多领域，为保证精度以及观测效果，对镜头畸变进行相应的软件校正是极为必要的。而在计算机视觉领域，镜头畸变的校正也是三维重建，图像匹配等许多方面的基础。因此，本文从摄像机的成像原理入手，介绍了描述摄像机模型的常用坐标系。为探究一种简便的校正方法，介绍了常见的畸变类型和畸变补偿模型。同时，也研究了摄像机内外参数的标定原理。最后通过相关实验，采用张正友标定法以及多项式模型，获得了畸变图像的校正结果，验证了本文所选取的方法的合理性。 43606
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毕业论文关键词 畸变图像 畸变校正 参数标定 摄像机模型 Title Software Correction of Lens Distortion
Abstract Perspective distortion of the optical lens also referred to as lens distortion. In medical diagnosis, military detection and guidance , industrial monitoring measurement an many areas, it’s extremely necessary to correct lens distortion with corresponding software in order to ensure the accuracy and observation effect. In the field of computer vision, correction of lens distortion is the basic of three-dimensional reconstruction, image matching and many other aspects. Therefore, the article introduces the common coordinate systems that describe camera model, starting from image-forming principle. In order to explore a simple correction algorithm, the article describes common types of distortion and distorted compensation model. Meanwhile, the article study the principles of camera calibration of camera internal and external parameters. Finally, experiments using Zhang Zhengyou calibration algorithm and polynomial model obtain correction result of the distorted images. They verify the reasonableness of the algorithm chosen.
Keywords Distorted Image Distortion Correction Parameter Calibration Camera Model
目次
1绪论1
1.1研究背景及意义1
1.2研究现状1
1.3论文结构和主要内容2
2摄像机成像模型4
2.1图像坐标系4
2.2成像平面坐标系5
2.3摄像机坐标系5
2.4世界坐标系5
2.5摄像机线性模型6
2.6张正友标定法8
3摄像机非线性模型10
3.1径向畸变10
3.2离心畸变11
3.3薄棱镜畸变11
3.4总畸变12
4畸变补偿模型13
4.1除法模型13
4.2多项式模型14
5实验结果15
5.1较小畸变下的校正17
5.2较大畸变下的校正23
结论26
致谢28
参考文献29
1 绪论
1.1 研究背景及意义 随着科技的发展，计算机视觉的相关技术越来越多的出现在我们工作和生活的各个方面。为了能更加精确地获得我们所需要的景物的信息，对镜头畸变进行相应的软件校正，是十分必要的。摄像机利用小孔成像来获取图像，在这一过程中，由于光线的偏离导致了镜头畸变这一现象的产生[1]。现实生活里，镜头畸变的软件校正是重要且必要的，例如：医生需要使用一些设备来检查人体内部的病情，而这些设备中，有很多都应用了镜头畸变的校正技术。又如在遥感图像的拍摄上，若不经过校正，将会使遥感图像发生变形，影响气象监测等功能。 一般来说，镜头畸变主要分为线性畸变和非线性畸变。线性畸变又叫线性失真。线性畸变是使用摄像机从一个较近的位置对高大的直线结构进行摄影时产生的失真现象。我们以广角镜头为例，从常理来讲，当我们离外景距离很近时，将摄像机的角度抬高，也可以获得完整的图像。但在这种情况下，平行的直线会在图像中展现出不平行的情况，我们称之为线性畸变。线性畸变通过一些简单的方法即可解决，这里不做赘述[2]。 本文主要研究非线性畸变，包括径向畸变、切向畸变和薄棱镜畸变[3]。径向畸变，指的是矢量端点沿长度方向发生的变化，即矢径变化，例如桶形畸变和枕型畸变，切向畸变与上述相比，方向改为了切线方向，薄棱镜则同时带有径向和切向的误差[3]。 一般来讲，镜头畸变是由于摄像机镜头的固有失真引起的，因此即使在装配以及材质方面进行了优化，也无法完全消除。当然，镜头畸变的来源不止上述一方面，生产的过程中，一些不当的操作也会使镜头产生镜头畸变，而这一情况是我们不想看到的。种种原因使得镜头畸变成为了一种必然发生的现象，且对我们的研究与应用造成了一定的影响。因此，对镜头畸变进行相应的校正是非常有必要的。而在校正的方式中，软件校正是最为经济实惠的一种方式，并且取得了极佳的效果。常见的一种镜头畸变的软件校正方法是选取某种摄像机的标定方法，得到摄像机的内部参数和外部参数，从而得到畸变系数的值，并通过一定的优化方法，提高畸变系数的精度，最后将畸变系数代入预先设定的畸变模型，获得我们所需要的、适合人眼观看的图像。