【6】opencv采用映射技术实现鱼眼镜头校正和鱼眼镜头还原全景图。

本文主要是介绍【6】opencv采用映射技术实现鱼眼镜头校正和鱼眼镜头还原全景图。,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

相关文章:

【1】windows下安装OpenCV(4.3)+VS2017安装+opencv_contrib4.3.0配置

【2】Visual Studio 2017同时配置OpenCV2.4 以及OpenCV4.3

【3】opencv_contrib4.3.0库配置+opencv安装

【4】配置和运行Opencv常见的一些问题总结,以及bug解决。

【5】OpenCV2.4.9实现图像拼接与融合方法【SURF、SIFT、ORB、FAST、Harris角点 、stitch 】

【6】opencv采用映射技术实现鱼眼镜头校正和鱼眼镜头还原全景图。


本文出现的数据结果和码源见:https://download.csdn.net/download/sinat_39620217/18269941

特别提示opencv安装配置详情请参考相关文章【1】【2】【3】【4】

采用映射技术实现鱼眼镜头校正

鱼眼镜头是一种视角达到了180° 甚至更高的广角镜头,超过了人类的肉眼所能看到的范围,且一般以固定姿态方式工作不需要旋转和扫描,因此鱼眼镜头能在视频监控、机器视觉、机场消防安全等公共安全风险防控等领域发挥巨大作用。

1.鱼眼镜头基础理论

鱼眼镜头是一种特殊的广角镜头,视角范围大,焦距短。由于鱼眼镜头前端第一个透镜向外凸出,跟鱼的眼睛很像,所以被命名为鱼眼镜头,如图1.1所示。

                                                                                                                                                                                               图1.1鱼眼模型和鱼眼镜头

鱼眼镜头一般由十几个不同的透镜组成。当光线投射到鱼眼镜头时,经过最外面的两个镜头发生折射,使入射角变小,光线通过后面的镜头时,折射角基本不改变,最终投影到成像平面上。鱼眼相机多元件的结构构造以及光线入射变化如图1.2所示:

                                                                                                                                                                               图1.2 鱼眼相机构造及入射光线变化图

鱼眼镜头成像模型,由于鱼眼镜头结构复杂,研究鱼眼相机成像过程中,将其简化为单位球面。如图1.3所示,球面成像过程大致分为两步:第一步,连接三维空间中的点与单位球的球心,相交于球面,其中鱼眼相机所在坐标系的原点即为球心坐标;第二步,将相交在球面上的点映射到图像平面上。此时在平面上的点即为空间点通过鱼眼镜头所成的像点,这就是简化后的鱼眼相机成像过程

                                                                                                                                                                                    图1.3鱼眼图像成像原理图

普通相机是以针孔相机模型成像,在成像过程中,实际场景中的物体按一定的比例放大或缩小成图像中的物体,不会有拉伸或形变的产生。同时普通相机成像的视角小,所包含的景物信息少。而鱼眼镜头视角可达180°,鱼眼图像包含的信息多,将这么多的信息存储在一张图像上,不可避免会产生畸变。鱼眼相机的投影模型本身就存在着畸变,同时由于相机的径向畸变非常严重,所以在研究鱼眼相机畸变的时候主要考虑径向畸变,忽略其余类型的畸变。

2.投影函数

常见的鱼眼相机设计模型有四种:等距投影模型、等立体角投影模型、正交投影模型和体视投影模型。数学公式如下:

其中,公式1.1至1.5分别表示等距投影模型、等立体角投影模型、正交投影模型、体视投影模型和针孔模型。f为鱼眼相机的焦距,即成像平面的半径,θ是入射光线与鱼眼相机光轴的夹角,即入射角,r_{d}为鱼眼图像的点到畸变中心的距离,如图1.4所示。r_{d}随着设计模型的变化而发生变化,四种模型投射距离的大小关系如图1.5所示。

.                                                                                                                                                                                                  图1.4 简化投影模型

                                                                                                                                                                                                图1.5模型之间的畸变情况

3.OpenCV中的鱼眼相机模型

OpenCV中使用的模型是由Kannala提出的一种鱼眼相机的一般近似模型。在等距投影模型的基础上提出来的。下面来详细分析其鱼眼相机模型的提出过程。我们可以将鱼眼相机模型的形式统一以等距投影模型的形式来表示,即
 

对实际的鱼眼镜头来说,它们不可能精确地按照投影模型来设计,所以为了方便鱼眼相机的标定,Kannala提出了一种鱼眼相机的一般多项式近似模型。通过前面的四个模型,可以发现 \Theta _{d}是θ的奇函数,而且将这些式子按泰勒级数展开,发现 \Theta _{d}可以用θ 的奇次多项式表示,即

为了实际计算的方便,需要确定式中 \Theta _{d}取到的次幂数。Kannala提出取式的前五项即取到的九次方,就给出了足够的自由度来很好地近似各种投影模型。 θdθd的一次项系数可以为1,于是OpenCV中使用的鱼眼相机模型为:

  上式表示的模型是根据四种鱼眼相机投影模型得出的一种通用鱼眼相机多项式模型。这种模型根据θ能够得到\Theta _{d} ,即通过无畸变图像中的点能够计算出鱼眼图像中的畸变点。这种模型在OpenCV的鱼眼相机标定方法中是适用的,因为OpenCV借助标定板对鱼眼相机进行标定。从空间点到鱼眼图像上的点的变换过程可用式子表示为:

上面式子中, X表示空间点,X _{c}​​​​​​​表示相机坐标系下对应的空间点, RR和tt分别是两个坐标系之间的旋转矩阵和平移向量,(u,v)^T表示投影到鱼眼图像上的对应点。OpenCV中对鱼眼相机的标定步骤能够分成四步:(1)初始化内参数;(2)初始化外参数;(3)使用LM算法最小化定位的图像点和投影的图像点之间的投影误差;(4)确定结果。

 

4.鱼眼镜头还原全景图

圆柱投影360°展开结果:

鱼眼图像的径向畸变标定进行图像校正的方法,并设计了一种可以覆盖180°甚至更多视场角的圆柱形棋盘格模板来进行径向畸变分析。在球形投影面的基础上校正得到了多方向的平面透视图和全景图。实验结果证实了此方法的有效性。本文的校正方法实现起来比较方便,理想的校正效果使得此方法可被用于恢复鱼眼图像的畸变,让一般的图像算法可以被应用到鱼眼镜头拍摄的图像上,为鱼眼镜头在计算机视觉等领域的应用打下基础。

另外需要提出的是文中的径向畸变校正方案只能被应用于圆形的鱼眼图像上,因为本文在校正过程中采用了认为鱼眼图像各方向径向畸变一致的近似处理,忽略了图像中可能存在的细微的切向畸变。本文的校正方法虽然能获取拥有良好视觉效果的图片,但在校正精确度上还有待改进。

5.完整码源:

#include <iostream>
#include "opencv2/core/core.hpp"
#include "opencv2/highgui/highgui.hpp"
#include "opencv2/imgcodecs/imgcodecs.hpp"
#include "opencv2/imgproc/imgproc.hpp"
#include <math.h>
#include <opencv2/imgproc/types_c.h>
using namespace std;
using namespace cv;//#pragma comment(lib, "opencv_core430d.lib")
//#pragma comment(lib, "opencv_highgui430d.lib")
//#pragma comment(lib, "opencv_imgcodecs430d.lib")
//#pragma comment(lib, "opencv_imgprocd.lib")int main()
{//读取图片Mat Src = imread("H:/opencv/main/7.jpg");	//imshow("Src",Src);cout << Src.size() << endl;int nbottom = 0;int ntop = 0;int nright = 0;int nleft = 0;//遍历寻找上边界int nflag = 0;for (int i = 0; i < Src.rows - 1; i++){for (int j = 0; j < Src.cols - 1; j++){uchar I = 0.59*Src.at<Vec3b>(i, j)[0] + 0.11*Src.at<Vec3b>(i, j)[1] + 0.3*Src.at<Vec3b>(i, j)[2];if (I > 20){I = 0.59*Src.at<Vec3b>(i + 1, j)[0] + 0.11*Src.at<Vec3b>(i + 1, j)[1] + 0.3*Src.at<Vec3b>(i + 1, j)[2];if (I > 20){ntop = i;nflag = 1;break;}}}if (nflag == 1){break;}}//遍历寻找下边界nflag = 0;for (int i = Src.rows - 1; i > 1; i--){for (int j = 0; j < Src.cols - 1; j++){uchar I = 0.59*Src.at<Vec3b>(i, j)[0] + 0.11*Src.at<Vec3b>(i, j)[1] + 0.3*Src.at<Vec3b>(i, j)[2];if (I > 20){I = 0.59*Src.at<Vec3b>(i - 1, j)[0] + 0.11*Src.at<Vec3b>(i - 1, j)[1] + 0.3*Src.at<Vec3b>(i - 1, j)[2];if (I > 20){nbottom = i;nflag = 1;break;}}}if (nflag == 1){break;}}//遍历寻找左边界nflag = 0;for (int j = 0; j < Src.cols - 1; j++){for (int i = 0; i < Src.rows; i++){uchar I = 0.59*Src.at<Vec3b>(i, j)[0] + 0.11*Src.at<Vec3b>(i, j)[1] + 0.3*Src.at<Vec3b>(i, j)[2];if (I > 20){I = 0.59*Src.at<Vec3b>(i, j + 1)[0] + 0.11*Src.at<Vec3b>(i, j + 1)[1] + 0.3*Src.at<Vec3b>(i, j + 1)[2];if (I > 20){nleft = j;nflag = 1;break;}}}if (nflag == 1){break;}}//遍历寻找右边界nflag = 0;for (int j = Src.cols - 1; j > 0; j--){for (int i = 0; i < Src.rows; i++){uchar I = 0.59*Src.at<Vec3b>(i, j)[0] + 0.11*Src.at<Vec3b>(i, j)[1] + 0.3*Src.at<Vec3b>(i, j)[2];if (I > 20){I = 0.59*Src.at<Vec3b>(i, j - 1)[0] + 0.11*Src.at<Vec3b>(i, j - 1)[1] + 0.3*Src.at<Vec3b>(i, j - 1)[2];if (I > 20){nright = j;nflag = 1;break;}}}if (nflag == 1){break;}}cout << ntop << endl;cout << nbottom << endl;cout << nleft << endl;cout << nright << endl;//根据边界值来获得直径int d = min(nright - nleft, nbottom - ntop);Mat imgRoi;imgRoi = Src(Rect(nleft, ntop, d, d));imwrite("H:/opencv/picture/aa.jpg", imgRoi);Mat dst(imgRoi.size(), CV_8UC3, Scalar(255, 255, 255));//建立映射表Mat map_x, map_y;map_x.create(imgRoi.size(), CV_32FC1);map_y.create(imgRoi.size(), CV_32FC1);for (int j = 0; j < d - 1; j++){for (int i = 0; i < d - 1; i++){map_x.at<float>(i, j) = static_cast<float>(d / 2.0 + i / 2.0*cos(1.0*j / d * 2 * CV_PI));map_y.at<float>(i, j) = static_cast<float>(d / 2.0 + i / 2.0*sin(1.0*j / d * 2 * CV_PI));}}remap(imgRoi, dst, map_x, map_y, CV_INTER_LINEAR, BORDER_CONSTANT, Scalar(0, 0, 0));//重设大小resize(dst, dst, Size(), 2.0, 1.0);imwrite("H:/opencv/picture/7.jpg", dst);waitKey();return 0;
}

特别提示如有问题请参考相关文章【1】【2】【3】【4】

这篇关于【6】opencv采用映射技术实现鱼眼镜头校正和鱼眼镜头还原全景图。的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/550651

相关文章

python实现svg图片转换为png和gif

《python实现svg图片转换为png和gif》这篇文章主要为大家详细介绍了python如何实现将svg图片格式转换为png和gif,文中的示例代码讲解详细,感兴趣的小伙伴可以跟随小编一起学习一下... 目录python实现svg图片转换为png和gifpython实现图片格式之间的相互转换延展:基于Py

Python利用ElementTree实现快速解析XML文件

《Python利用ElementTree实现快速解析XML文件》ElementTree是Python标准库的一部分,而且是Python标准库中用于解析和操作XML数据的模块,下面小编就来和大家详细讲讲... 目录一、XML文件解析到底有多重要二、ElementTree快速入门1. 加载XML的两种方式2.

Java的栈与队列实现代码解析

《Java的栈与队列实现代码解析》栈是常见的线性数据结构,栈的特点是以先进后出的形式,后进先出,先进后出,分为栈底和栈顶,栈应用于内存的分配,表达式求值,存储临时的数据和方法的调用等,本文给大家介绍J... 目录栈的概念(Stack)栈的实现代码队列(Queue)模拟实现队列(双链表实现)循环队列(循环数组

C++如何通过Qt反射机制实现数据类序列化

《C++如何通过Qt反射机制实现数据类序列化》在C++工程中经常需要使用数据类,并对数据类进行存储、打印、调试等操作,所以本文就来聊聊C++如何通过Qt反射机制实现数据类序列化吧... 目录设计预期设计思路代码实现使用方法在 C++ 工程中经常需要使用数据类,并对数据类进行存储、打印、调试等操作。由于数据类

Python实现图片分割的多种方法总结

《Python实现图片分割的多种方法总结》图片分割是图像处理中的一个重要任务,它的目标是将图像划分为多个区域或者对象,本文为大家整理了一些常用的分割方法,大家可以根据需求自行选择... 目录1. 基于传统图像处理的分割方法(1) 使用固定阈值分割图片(2) 自适应阈值分割(3) 使用图像边缘检测分割(4)

Android实现在线预览office文档的示例详解

《Android实现在线预览office文档的示例详解》在移动端展示在线Office文档(如Word、Excel、PPT)是一项常见需求,这篇文章为大家重点介绍了两种方案的实现方法,希望对大家有一定的... 目录一、项目概述二、相关技术知识三、实现思路3.1 方案一:WebView + Office Onl

C# foreach 循环中获取索引的实现方式

《C#foreach循环中获取索引的实现方式》:本文主要介绍C#foreach循环中获取索引的实现方式,本文给大家介绍的非常详细,对大家的学习或工作具有一定的参考借鉴价值,需要的朋友参考下吧... 目录一、手动维护索引变量二、LINQ Select + 元组解构三、扩展方法封装索引四、使用 for 循环替代

Spring Security+JWT如何实现前后端分离权限控制

《SpringSecurity+JWT如何实现前后端分离权限控制》本篇将手把手教你用SpringSecurity+JWT搭建一套完整的登录认证与权限控制体系,具有很好的参考价值,希望对大家... 目录Spring Security+JWT实现前后端分离权限控制实战一、为什么要用 JWT?二、JWT 基本结构

Java实现优雅日期处理的方案详解

《Java实现优雅日期处理的方案详解》在我们的日常工作中,需要经常处理各种格式,各种类似的的日期或者时间,下面我们就来看看如何使用java处理这样的日期问题吧,感兴趣的小伙伴可以跟随小编一起学习一下... 目录前言一、日期的坑1.1 日期格式化陷阱1.2 时区转换二、优雅方案的进阶之路2.1 线程安全重构2

Android实现两台手机屏幕共享和远程控制功能

《Android实现两台手机屏幕共享和远程控制功能》在远程协助、在线教学、技术支持等多种场景下,实时获得另一部移动设备的屏幕画面,并对其进行操作,具有极高的应用价值,本项目旨在实现两台Android手... 目录一、项目概述二、相关知识2.1 MediaProjection API2.2 Socket 网络