基于图像的模拟相机标定方法的研究

从光学测量角度出发,结合计算机主动视觉中的相机标定方法及数字图像处理技术,提出了一种CCD摄像系统畸变校正方法.该法通过使用经纬仪,不需相机做任何运动就能实现全过程的标定.该方法在摄像机模型中全面考虑了镜头的径向畸变,利用图像中心附近点畸变量较小的性质,用中心附近点和全场视点对摄像机内部参数和像差修正参数进行标定,最后由最小二乘法得到摄像系统畸变模型的畸变系数,解决了CCD摄像系统的畸变校正问题.与传统的相机标定不同,畸变校正中仅标定数字图像中像素间距和相机焦距.该法运用了亚像素细分算法,提高了测试系统的精度,是一种简单、有效、实用的标定法.     

高精度图像尺寸检测镜头畸变校正方法与实现

在高精度轴类零件尺寸图像检测中,提出了一种基于标准件法对镜头径向畸变进行快速校正的方法。该方法通过建立世界坐标转换到摄像机坐标、然后再转换到图像坐标的理想数学模型,并引入径向畸变参数,最终确立物体在世界坐标中与图像坐标中的映射关系,从而建立误差补偿曲线的高次拟合函数。利用得到的误差补偿函数的系数矩阵和径向畸变参数,实现镜头畸变的误差校正,有效改善了镜头畸变造成的检测误差。实验表明,该方法快速有效,提高了检测精度、降低了设备成本、检测精度可达2 μm。     

利用图像畸变对称性实现相机中心位置标定

分析了图像的畸变特征,提出一种新的相机中心标定的方法.在提出的四点假设前提下,认为图像畸变有中心对称的特点.采用高斯曲线拟合有畸变的直线,多条平行直线的畸变拟合高斯曲线的顶点连线将经过图像中心.通过对多簇不平行直线的畸变曲线拟合,可获得多条过图像中心的直线,联合求解得到图像的中心位置.这种直接获得图像中心的方法,无须已知任何外部参数,算法简单且计算复杂度低,结果的稳定性好,在实验中取得良好的效果.     

基于非线性模型的摄像机标定技术研究

摄像机标定的目的是确定摄像机的图像坐标系与物体空间中的三维参考坐标系之间的对应关系。研究非线性模型下摄像机标定两步法的算法实现,并提出用两步法在进行摄像机标定实验时对于算法初步进行的改进。即对于未标定图像在算法初步设定畸变系数初值来校正标定实验所提取的角点,通过实验标定摄像机参数并进行验证,实验表明可以降低重投影误差,使算法精度进一步提高。     

一种双正交消隐点的双目相机标定方法

为了保证双目相机标定精度的同时,提高算法速度。利用田字形模板中的两对正交消隐点,拍摄两幅图像,实现快速标定。首先,提出了消隐点寻优的方法来提取每幅图像中误差最小的两对正交消隐点,线性计算相机主点和归一化焦距,作为内参数的初值。再根据同一幅图像消隐点共线和所有直线畸变后也为直线的原则,构建约束函数,利用优化的差分进化算法进行全局寻优,完成相机畸变校正。最后,根据优化后消隐点坐标求得左右相机的旋转矩阵,并结合左右相机的角点世界坐标,利用刚性变换求得平移向量。双目标定的平均重构误差为0.598pixel,跟传统方法标定误差相当。该标定算法重构误差与传统算法在一个级别,能满足标定中稳定可靠、精度高、抗干扰能力强等要求。     

基于Hough变换的摄像机畸变非量测标定方法

广角镜头在获得大视场的同时也引入了严重的光 学畸变,必须对从广角相机所获得的图像进行畸变校正。本文首先 提取图像中的曲线,依据在单参数除式畸变模型下直线段畸变成像近似呈圆弧的特点,在圆 弧拟合过程中标定出畸变参数与 畸变中心的初始近似值;进而采用一种在Hough变换空间中使 用熵函数估计校正后曲线直线度的方 法,利用熵函数对初始近似值作进一步的优化,最终求取更加精确的畸变参数与畸变中心 。基于工程实例,分别利用圆 弧拟合求初始值方法与本文所提出方法对目标图像进行畸变校正。仿真和真实图像实验表明 ,本文方法仅利用单幅图像即可实 现高精度的标定系数,且方法具有较高的稳定性,操作简单、方便和易于实现。     

基于改进Hough变换的直线检测算法

针对传统Hough变换算法检测直线时容易出现误检的缺点,提出一种基于改进Hough变换的直线检测算法.首先根据种子点的参数化结果,对图像中的点实现聚类,划分图像区域,然后对划分在同一区域的点进行特殊区间的详细参数化,确定直线参数,最终将该直线周围的点置为背景点,继续区域划分和直线检测,直到图像中不再存在种子点.该算法实现了对不同区域的点进行特殊的、有针对性的参数化,同一区域的点只允许对一条直线的检测投票.实验表明,与传统的Hough变换算法和文献中算法相比,该算法减小了误检率,并且对断裂边缘具有较好的鲁棒性.     

SVM 的光栅成像光谱仪图像畸变校准方法

成像光谱仪是一种图谱合一的光学遥感仪器。光栅成像光谱仪在获取数据立方体时,由于色散元件本身光谱展开的非线性,导致获取的条带像出现畸变,致使采样频率与拼接方式合理匹配时,获取的图像依然会出现畸变。利用边缘到中心灰度值渐变原理和遗传算法,更准确的提取畸变特征点,选择合适的参数,建立支持向量机回归数学模型,对畸变图像进行校正。与其常规畸变校正方法相比,该方法能够有效的兼顾全局校正法中存在的局部误差,提高校正精度。实验验证校正检验误差可以控制在0.5 个像素之内。     

序列图像轴对称物体中轴线提取方法

针对轴对称目标三维姿态参数中的偏航角、俯仰角的提取问题,提出了一种自动提取目标中轴线方法.该方法运用自适应Canny算子检测目标边缘,改进的Hough变换获得边缘图像中各条直线边缘的坐标点;通过优化的最小二乘算法将各条直线边缘的坐标点进行拟合获得边缘直线方程;结合序列图像中目标特性,检测出边缘直线中特定的两条平行直线进而获得目标的中轴线方程.实验表明:该方法能够有效地、高精度地提取轴对称目标的中轴线,提取的中轴线平均角度误差为0.022°.     

一种新的基于球面模型的鱼眼镜头标定方法

提出了一种新的基于二维靶标的球面模型鱼眼镜头标定方法。根据球面成像模型中圆弧上的点与图像坐标系像点之间的约束关系,利用平面靶上的一根直线上的点,初步估计出摄像头的内部参数。利用平面靶上棋盘格角点在世界坐标系上的坐标点与其在球面坐标系下坐标的映射关系,求出相应的外部参数的初始值。以这些角点在图像中的实际坐标与重投影后坐标之间的均方差为优化参数,进行非线性优化,求出内部参数,畸变系数和外部参数的精确解。通过实验验证,该方法能够快速的估计鱼眼镜头的内、外部参数的初始值,具有较高的精度,能够满足实际应用的需求。     

基于极坐标Lagrange插值的航拍图像畸变校正算法

由于航拍图像的拍摄高度远低于卫星图像拍摄高度,因此每个拍摄地点的建筑投影差大小和方向都不相同,图片畸变严重。此外,考虑到图像边缘区域的畸变程度远大于图像中心区域的畸变程度,本文提出了一种基于极坐标的Lagrange插值的逐点畸变校正方法。利用该方法在极坐标系内对单个像素点进行插值,然后根据插值结果对像素点进行校正,再将其坐标从极坐标系变换回直角坐标系,最后采用此方法在整个航拍图像内逐点进行畸变校正。实验结果表明,校正后的航拍图像畸变程度不超过3%,证明该方法不但能有效地校正畸变图像,且与传统的利用DLT线性求解畸变校正矩阵等校正方法相比具有更为广泛的适用性。     

基于Poncelet定理的相机参数简易标定法

针对目前常用的摄像机标定方法需要参数分解及参数间耦合所带来的问题,根据Poncelet定理以代数方法推导了平面透视投影的中心线方程,分析了中心线与摄像机内参数主点的位置关系,研究了一种基于平面透视投影中心线的标定方法。利用该方法不仅可以避免单应矩阵参数分解,而且解除了主点、焦距和透镜畸变之间的耦合效应,从而提高了标定效率。实验表明该方法标定过程简易、精度较高,优于目前典型的简易标定法。     

A new approach for nonlinear distortion correction in endoscopicimages based on least squares estimation

Images captured with a typical endoscope show spatial distortion, which necessitates distortion correction for subsequent analysis. In this paper, a new methodology based on least squares estimation is proposed to correct the nonlinear distortion in the endoscopic images. A mathematical model based on polynomial mapping is used to map the images from distorted image space onto the corrected image space. The model parameters include the polynomial coefficients, distortion center, and corrected center. The proposed method utilizes a line search approach of global convergence for the iterative procedure to obtain the optimum expansion coefficients. A new technique to find the distortion center of the image based on curvature criterion is presented. A dual-step approach comprising token matching and integrated neighborhood search is also proposed for accurate extraction of the centers of the dots contained in a rectangular grid, used for the model parameter estimation. The model parameters were verified with different grid patterns. The distortion-correction model is applied to several gastrointestinal images and the results are presented. The proposed technique provides high-speed response and forms a key step toward online camera calibration, which is required for accurate quantitative analysis of the images.     

鱼眼镜头图像畸变的校正方法

提出了一种校正鱼眼镜头图像畸变的新方法。通过追迹光学系统的主光线,获得它在投影平面上的径向位置与它在像平面上位置之间的关系曲线;然后用傅立叶级数拟合该关系曲线;并求出该级数的逆函数,结果就可以根据畸变图像复原没有畸变的图像。用该方法数值模拟两个鱼眼镜头系统的图像畸变校正;并用其中一个鱼眼镜头（尼康16 mm/F2.8）拍摄的两张图像进行了畸变校正实验。结果表明,当设置投影平面和物平面重合时,恢复的图像相对于物体的残余径向高度误差非常小（小于0.25%）。实验证明了该方法是可行的。     

考虑圆形特征边缘模糊和偏心误差修正的高精度相机标定方法

针对立体视觉系统采用圆形特征点标定时存在的空间圆形投影边缘模糊和偏心现象问题,利用改进Zernike矩和偏心误差修正进行圆心的高精度定位,以此提高相机参数的标定精度。首先考虑了由于立体视觉成像系统的标定场景光照强度不均匀引起的圆形特征投影图像边缘模糊的问题,引入高斯误差函数对边缘过渡段的灰度分布进行描述,建立了高斯边缘模型,并基于该模型计算投影图像的Zernike矩,然后利用改进Zernike矩实现高精度的圆形特征投影边缘像素坐标定位。此外,分析了影响圆形特征中心投影点和拟合圆心间偏差大小的因素,基于该分析对迭代拟合圆心进行偏差补偿使之逼近真实的圆心投影,最后通过所提算法对99圆形标志点进行圆心坐标提取并用于相机参数的标定。仿真实验表明,文中算法对投影图像边缘定位的精度以及圆心拟合的精度均高于传统的算法;实测实验中,基于圆心高精度坐标得到的相机标定参数对标准杆进行三维重建,长度测量精度比传统算法提高了30%。     

内窥镜图像畸变校正的新方法

本文提出了基于全局收敛线性搜索的内窥镜图像桶形畸变的校正方法。方法假定畸变为圆对称形式,并利用多项式映射将畸变图像从畸变图像空间映射到校正图像空间。根据内窥镜成像特性以及基于全局收敛的线性搜索法来确定畸变图像中心和多项式系数。采用非线性回归对校正图像进行补偿。试验结果证实,该方法校正效果好、响应速度快、满足需要定量分析的图像处理的要求。     

Geometric Correction for Uneven Quadric Projection Surfaces Using Recursive Subdivision of Bézier Patches

This paper presents a scheme for geometric correction of projected content for planar and quadratic projection surfaces. The scheme does not require the projection surface to be perfectly quadratic or planar and is therefore suitable for uneven low‐cost commercial and home projection surfaces. An approach based on the recursive subdivision of second‐order Bézier patches is proposed for the estimation of projection distortion owing to surface imperfections. Unlike existing schemes, the proposed scheme is completely automatic, requires no prior knowledge of the projection surface, and uses a single uncalibrated camera without requiring any physical markers on the projection surface. Furthermore, the scheme is scalable for geometric calibration of multiprojector setups. The efficacy of the proposed scheme is demonstrated using simulations and via practical experiments on various surfaces. A relative distortion error metric is also introduced that provides a quantitative measure of the suppression of geometric distortions, which occurs as the result of an imperfect projection surface.     

Image quality assessment using block-based weighted SVD

Image quality is an important challenge in image processing. The quality measures should be designed in the direction where the correlation between the mathematical evaluation and subjective evaluation is high. We propose a new image quality assessment relying on block-based singular vectors. The corresponded distorted blocks are projected onto the singular vector matrices of the original blocks. These projection coefficients are the main quality attribute. The algorithm is further developed into the reduced reference method. Eigenvectors of the covariance matrix of all original blocks are used as the constant basis to compute the projecting coefficients of all original and distorted blocks. Simulation results on different databases with various distortion types and comparison to state-of-the-art methods show the proposed method in most cases gives the best correlation with human evaluation.     

Spectral sensitivity of power amplifiers to quadrature modulatormisalignment

Misalignments in the quadrature modulator feeding a nonlinear high power amplifier can produce distortion products that lead to spectrum leakage into adjacent channels. Expressions are derived relating the out-of-band spectra to these misalignments and to the complex coefficients of the power series describing the amplifier. For most applications the adjacent channel leakage is proportional to the square of the misalignment error (carrier leak, differential gain, differential phase and level error) except in the case of some higher order products of continuous phase modulations (CPM). A technique for estimating the spectrum for the above situations is described. It involves summing the weighted spectrum of each distortion product. The weighting coefficients can be varied to account for amplifier characteristics, backoff, and misalignment error. The analysis is applicable to linear or continuous phase modulations with or without predistortion. The spectrum estimate is particularly good for continuous phase modulated signals where the error is normally much less than 1 dB     

视觉测量系统中一种独立的畸变校正算法

针对视觉测量系统中畸变校正的计算过程复杂、 操作调整繁琐等问题,提出一种 基于虚拟模板的逐点畸变校正方法。首先基于交比不变性原理、镜头畸变特点和双线 性插值法,求解单幅虚拟平面模板内特征光点所对应成像点的理想坐标及其畸变修正量; 再通过单幅虚拟模板运行轨迹的小幅度旋转与平移,逐步构成一块包含密集校正光点的虚拟 畸变校正模板,为镜头畸变修正提供足够的插值节点;而后采用Delaunay三角剖分(DT)技术 ,最 终在整个像平面内逐点地校正各类镜头畸变,形成包含全部像素点理想坐标及畸变修正 量的畸变修正数据表。实验表明,经独立畸变校正的视觉系统,其测点反投位置偏差的标准 差达0.015mm、最大值仅0.068mm;本文方法 能有效地修正畸变,有助于提高视觉系统的测量精度。