基于双线性插值的鱼眼图像校正方法

    摘 要 鱼眼镜头具有大视场、短焦距等优点，近年来被广泛应用到不同的领域。由于鱼眼镜头成像存在较大的畸变，目前主要用来目标监测，在目标物体的识别方面应用得很少。为此，提出一种基于球面透视投影约束的鱼眼图像校正方法，并用双线性插值法对校正后的图像进行填充，为鱼眼镜头在目标物体识别跟踪方面的应用做了准备工作。实验结果表明采用上述方法能够很好地对鱼眼图像畸变进行校正，且校正后的鱼眼图像符合人的直观感觉，真实感较强，图像边缘清晰。

    0 引 言

    鱼眼镜头的视场角很大，大概在 180 度到 270 度之间，且以凝视方式工作，不需要旋转和扫描，体积小、成本低、光能损失低等优点。目前在机器人导航、视频会议、监视和虚拟现实应用等许多计算机视角领域，都需要使用具有较大视场的广角或鱼眼摄像机，因此鱼眼镜头的使用会越来越受欢迎。由于鱼眼或者广角摄像机采集的图像存在严重变形，如果想使用这些具有严重变形图像的透视投影信息，就需要将这些变形图像校正为人们习惯的透视投影图像。目前的校正方法主要是采用平面透视投影约束，通过编写校正模型将空间直线的投影曲线映射为图像平面上的直线，如: 等距投影、等立体角投影和正交投影校正模型。文献［1］提出采用立方体投影模型来校正畸变的鱼眼图像，校正后的图像真实感强，但是不能实现畸变图像的完整矫正，有部分区域不能变换到矫正后的图形的相应位置。目前这些方法，主要考虑了目标图像与鱼眼照片直接的映射关系，忽视了目标图像生成中出现的一些问题: ( 1) 当目标图像尺寸大于鱼眼照片尺寸约 4 倍以上，就存在明显的马赛克现象; ( 2) 当目标图像尺寸小于鱼眼图像照片尺寸时，目标图像上相邻的像素就对应鱼眼照片上距离比较大的两点，那么当系统实时运转时，就会出现目标图像的闪烁。为了克服这些问题，本文提出通过球面透视投影约束，结合双线性插值来补充校正后的图像，实现鱼眼图像校正，且校正后的图像清晰，图像尺寸没有发生大的变换。图 1 为一幅视场为 185°的鱼眼图像。

    在平面透视投影情况下，透视投影图像必须满足平面透视投影约束，也就是说对于空间直线的透视投影必须为图像平面上的直线。但是对于视场大于 180°的鱼眼镜头，由于它能拍摄到与光轴夹角为 90°的光线，如果利用平面透视投影模型来表示完整的校正图像，则校正后的图像大小将为无穷大。因此对于视场为 180°左右的鱼眼图像，采用球面透视投影模型来表示完整的校正图像比较合适。此时，整幅鱼眼图像将被映射到一个单位球面上［2］。与平面透视投影不同，在球面透视投影情况下，空间直线不再投影成图像平面直线，而是球面上的大圆。