提高广角成像系统几何畸变数字校正精度的方法

　　1　引　言

　　图像畸变广泛存在于应用广角镜头的成像系统中。畸变的存在不利于图像的辨认、分析和判断。在一些定量分析领域,需要对畸变进行校正,则校正精度将直接影响定量分析的精度。例如,需要测量内窥镜图像上病变区域的大小时,需要依靠机器视觉进行精确定位时[1],测量不规则平面物体的面积时[2],等等。成像系统的几何畸变分为两类,线性几何畸变和非线性几何畸变。线性几何畸变的校正已经得到了比较好的解决,但是非线性几何畸变的校正还是一个未能成功解决的课题[3]。

　　为了解决这一问题,国内外很多学者进行了这方面的研究[1,3～6]。从这些文献可以看出,成像系统对称中心(以下简称对称中心)的确定是实现畸变校正的前提。在确定对称中心的方法中,有的采用点阵图案的校正样板[1,4],根据样板上黑点的中心找到三条最接近于直线排列的点列,用三条直线拟合相应的点列,以这三条直线的交点作为对称中心[1]。由于各点列之间必然存在一定的距离,所确定的对称中心必存在较大误差。有的采用栅格状的校正样板,根据样板上经纬线的弯曲程度估计对称中心位置[5]。同样由于各经纬线之间存在距离,难以得到精确的对称中心。有的利用平行栅[3,6],根据水平放置时图像上某一条曲线的顶点确定对称中心的水平位置,类似的,将平行栅垂直放置,再确定其垂直位置[3]。由于曲线在顶点处变化缓慢,必存在较大误差。而且,当对称中心与光敏面的中心不重合时,单凭主观观察很难保证平行栅水平或垂直,需借助于专门的仪器。

　　我们提出一种新的方案来提高对称中心的测量精度,进而提高畸变校正的精度。利用倾斜放置的平行栅,在任意的两个不同的倾斜角下,得到两幅存在畸变的图像。对每一幅图像,找到最接近于过对称中心的曲线,以这两条曲线的交点作为对称中心。然后,在以径向几何畸变为主的非线性几何畸变模型中,用最小二乘法求出系统畸变参数。当对称中心确定后,再精确测定图像采集控制器的纵、横采集比。这种方法无须借助于专门的仪器,不存在主观误差,更重要的是,可以比较准确地测出实现畸变校正所需的各个参数。将所得参数应用到不规则平面物体面积的测量中进行畸变校正,测量精度得到了很大提高。

　　2　几何畸变数字校正原理

　　2.1　成像系统简介

　　如图1所示,成像系统由摄像头、图像采集控制器、计算机、显示器等几部分组成。摄像头将成像到其光敏面上的物体的像转换成电信号,经由图像采集控制器,显示到显示器上。图像采集控制器可以将物体的像采集下来,以数字形式保存到存贮介质,也可以将存贮介质中数字化的图像在显示器上显示出来。