广角图像透视畸变校正方法研究

摘要

在网络社交普及，自拍、摄影成为风尚的今天，手机拍照和摄像功能显得十分重要，日益成为各大手机制造商竞争的焦点。广角镜头因能够获取更大视场的景物信息已被众多手机制造商所采用。然而当广角镜头采用针孔成像模型并且成像场景中有物体靠近相机并处在视场边缘时，拍摄后的图像中该物体由于透视现象会被严重拉伸，造成该物体几何形状的失真。特别是该物体是人脸或人物时，由于人眼对人脸和人物图像的畸变较为敏感，透视拉伸更为明显。虽然这种畸变既不影响成像的清晰度也不会扭曲图像中的直线区域，但使得人物或物体严重失真，大大降低了用户对照片的接受程度。因此，开发针对上述现象的校正算法具有很大的商业应用价值。
　　针对上述背景，本文在深入分析透视拉伸畸变产生原因和研究前人提出的校正方法的基础上提出了适应广角图像内容的透视畸变自动校正方法和基于图像扭曲技术的图像透视畸变自适应校正方法。
　　在适应广角图像内容的透视畸变自动校正方法中，本文首先通过有效组合线性透视投影和Mercator投影，平衡了图像背景不弯曲和前景物体不被拉伸这一不可调和的矛盾，然后基于人脸检测算法构造适应图像内容的自适应校正系数，同时保持了背景内容不被弯曲和前景物体不被拉伸。算法不需任何人工干预，可实现自动化处理。
　　在基于图像扭曲技术的图像透视畸变自适应校正方法中，本文通过建立单应性约束、单应性兼容约束、直线保持约束、全局坐标平滑和均匀约束，保证了拉伸畸变得到校正的同时图像中直线不会受到弯曲。并使用最小二乘优化方法计算校正后的图像网格点的坐标值，最后经过从输入坐标值到计算得到的坐标值的重映射和插值，得到最终校正图像。通过理论分析和程序仿真实验表明，相比已有的经典方法，本文提出的方法校正效果好，结果图像总体符合人眼视觉，且该方法不需任何人工干预，能够实现自动校正。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 论文章节安排

第2章 广角图像透视畸变现象及原因分析

2．1 广角镜头成像模型

2．2 透视畸变产生原因分析

2．3 问题的矛盾性

2．4 本章小结

第3章 适应广角图像内容的透视畸变自动校正方法

3．1 线性透视投影

3．1．1 透视与人类视觉感知

3．1．2 艺术作品中的透视投影

3．1．3 多视点与多平面投影校正

3．2 适应广角图像内容的透视畸变自动校正方法

3．2．1 投影坐标系的建立

3．2．2 保形投影

3．2．3 投影模型的建立

3．2．4 自适应权重系数的构造

3．3 方法仿真实现及结果分析

3．4 本章小结

第4章 基于图像扭曲技术的图像透视畸变自适应校正方法

4．1 图像扭曲技术

4．2 保持图像内容的最优化校正方法

4．2．1 用户界面

4．2．2 约束条件构造

4．2．3 空间变化的约束权重

4．2．4 优化过程

4．2．5 结果及局限分析

4．3 基于图像扭曲技术的自适应校正方法

4．3．1 网格及坐标建立

4．3．2 约束条件构造

4．3．3 线性最小二乘优化

4．3．4 算法流程

4．4 校正结果与分析比较

4．5 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

硕士在读期间发表的论文