基于直线的鱼眼图像畸变校正问题研究

摘要

鱼眼镜头具有较大的视场范围，因此，在一些需要大场景视野的场合（如拍摄大场景的特殊摄影、球幕电影等）具有重要的应用价值。然而，由于鱼眼镜头的成像模型是非线性的，所以鱼眼图像通常不符合人们的视觉习惯。在这种情况下，人们通常希望将鱼眼图像校正为符合人类视觉习惯的透视图像。一般的校正方法是基于摄像机标定理论的，需要特制的标定模块或模板。本文对基于空间直线的鱼眼图像畸变校正问题进行了研究，主要工作如下:
　　1、研究了基于直线的鱼眼图像畸变校正理论。一般的鱼眼图像的变形可视为在一般透视图像基础上的非线性畸变。本文的校正方法仅仅利用场景信息，通过将空间直线经鱼眼镜头投影所得到的曲线校正成为直线的基本原理来优化畸变校正模型中的参数，并采用反向双线性插值最终校正图像。
　　2、编程实现了鱼眼图像校正的基本算法，并通过实验分析了训练集中的样本线段的数量、长度、分布和由空间投影而来的线段的坐标跨度对畸变校正效果的影响。
　　3、研究了视场角较大，甚至接近于π的鱼眼图像的畸变校正问题，实验并比较了多个模型的校正效果。当样本线覆盖整幅鱼眼图像时，一般情况下，无法采用本文的方法来实现畸变校正，其理论原因在于:视场角接近π的鱼眼图像采集到了半球区域的视觉信息，将其校正为透视图像时，靠近鱼眼图像的边缘的区域将被投影至无穷远处。从模型上看，很难用哪个模型同时模拟被校正至有限远处和无穷远处的所有的点的投影关系，如果我们引入被投影至无穷远处的点，就会导致整个模型很不稳定。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 选题意义与研究目的

1．2 基于直线的鱼眼图像畸变校正技术简介

1．3 国内外相关研究

1．4 本文的主要内容和结构

1．4．1 本文主要内容

1．4．2 文章结构

第二章 针孔摄像机模型和鱼眼图像的畸变

2．1 理想的针孔摄像机模型

2．1．1 从世界坐标系到摄像机坐标系

2．1．2 中心射影原理

2．1．3 图像坐标系中的坐标变换

2．1．4 针孔摄像机模型总结

2．2 中心射影图像的畸变

2．3 鱼眼图像的畸变

2．4 本章小结

第三章 基于直线的鱼眼图像畸变校正

3．1 提取并处理样本数据

3．2 鱼眼图像畸变校正模型

3．3 需要优化的参数

3．4 坐标畸变的去除

3．4．1 单一模型去除坐标畸变

3．4．2 混合模型去除坐标畸变

3．5 参数优化

3．5．1 参数优化的理论基础

3．5．2 线性最小二乘优化

3．5．3 Levenberg-Marquart方法

3．6 鱼眼图像畸变校正的算法

3．6．1 优化参数的算法

3．6．2 图像去除畸变的算法

3．7 本章小结

第四章 实验及分析

4．1 实验设备及实验说明

4．2 本文方法的可行性验证

4．3 不同因素对训练效果的影响

4．3．1 训练集中样本线的数量和分布对训练效果的影响

4．3．2 训练集中样本线段长度和坐标跨度对训练效果的影响

4．3．3 一些理论方面的思考

4．4 视场角为180°的鱼眼图像畸变校正效果

4．5 本章小结

第五章 全文总结及工作展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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