一种线扫描图像去畸变的方法

技术领域

本发明涉及面阵相机技术领域，尤其涉及一种线扫描图像去畸变的方法。

背景技术

在图像测量过程以及机器视觉应用中，为了确定空间物体表面某点的几何位置，必须建立相机成像的几何模型，也就是确定空间物体表面某点的几何位置与其在图像上的对应点的对应关系，这样在获得相机所拍摄图像的像素坐标后，根据相机成像的几何模型就可以推知相应的空间坐标，其中线扫描相机由于其高分辨率以及高数据处理效率的优势，使得其在测量领域的应用越来越广泛。但线扫描相机也会因硬件安装精度、相机运动控制、光学系统畸变的存在影响成像的几何位置精度，造成图像的失真。

针对上述技术问题，本发明提出一种线扫描图像去畸变的方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种线扫描图像去畸变的方法，通过分析扫描生成图像的硬件安装、相机运动、光学成像过程，从而对图像像素点坐标重映射，使得通过图像处理来测量铝型材的真实尺寸和形状，从而提高测量精度和速度、降低测量难度，提高效率。

为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种线扫描图像去畸变的方法，包括：

S1.获取线性相机扫描标定板得到的标定板扫描图；

S2.获取通过线性相机引起的与扫描图像素相对应的测量误差；

S3.通过标定板扫描图拟合获取的测量误差，得到拟合后的标定板扫描图，并计算拟合后的标定板扫描图的所有圆心坐标；

S4.基于世界坐标，将计算得到的所有圆心坐标映射为理想图像坐标；

S5.对映射后的理想图像坐标做像素图像坐标的映射度，得到标定板扫描图中每个像素点的真实图像位置。

进一步的，所述步骤S2具体为：

S21.遍历标定板扫描图x轴方向所有圆心的x坐标，将所有圆心的x坐标进行平移，得到通过线性相机内部安装不在一条直线引起的畸变参数；

S22.计算标定板扫描图上顶点圆心坐标，并对顶点圆心坐标进行旋转，获取旋转后的顶点圆心坐标，得到通过线性相机安装方向和扫描方向不垂直引起的畸变参数。

进一步的，所述步骤S3具体为：分别计算标定板扫描图y方向和x方向的坐标，通过标定板扫描图的y方向的坐标对标定板扫描图的x方向的坐标重新映射，得到的标定板扫描图的所有圆心坐标。

进一步的，所述步骤S4具体为：根据标定板扫描图的空间坐标，以步骤S3中标定板扫描图的单个像素对应世界坐标大小为单位，将得到的所有圆心坐标映射为理想图像坐标。

进一步的，所述步骤S5具体为：基于步骤S4得到的所有理想图像坐标，将所有理想图像坐标中的四个点为一个队列，获得每个标定板扫描图中像素点的真实图像位置。

进一步的，所述步骤S5中还包括：判断理想图像中的所有坐标是否有对应真实图像位置的关系点位置，若存在坐标没有对应关心点位置，则使用滤波做映射进行填补。

进一步的，所述步骤S5之后还包括：

S6.存储步骤S3所有圆心坐标和步骤S5得到的真实图像位置。

进一步的，所述步骤S22中旋转后的顶点圆心坐标满足以下条件：

x

y

x

y

dis(A,D)＝Dis(a,d)

ab⊥ad

bc⊥dc

其中，A、B、C、D表示标定板扫描图上顶点圆心坐标；a、b、c、d表示旋转后的标定板扫描图上顶点圆心坐标；x

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、改进面阵相机去畸变的思想对线性相机做图像去畸变，使得去畸变流程易于操作和计算；

2、提高铝型材测量精度(测量误差±0.01mm)；

3、提高铝型材测量速度。

附图说明

图1是实施例一提供的一种线扫描图像去畸变的方法流程图；

图2是实施例一提供的标定板扫描示意图；

图3是实施例一提供的对所有标定板扫描图的像素拉平示意图；

图4是实施例一提供的相机旋转示意图；

图5是实施例一提供的四个点为一个队列示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种线扫描图像去畸变的方法。

实施例一

本实施例提供一种线扫描图像去畸变的方法，如图1所示，包括：

S1.获取线性相机扫描标定板得到的标定板扫描图；

S2.获取通过线性相机引起的与扫描图像素相对应的测量误差；

S3.通过标定板扫描图拟合获取的测量误差，得到拟合后的标定板扫描图，并计算拟合后的标定板扫描图的所有圆心坐标；

S4.基于世界坐标，将计算得到的所有圆心坐标映射为理想图像坐标；

S5.对映射后的理想图像坐标做像素图像坐标的映射度，得到标定板扫描图中每个像素点的真实图像位置。

在步骤S1中，获取线性相机扫描标定板得到的标定板扫描图。

线扫相机采集圆形标定板的原始图像，原始的圆形标定板为白色背景标定板，其上设有若干黑色的圆形标记，其中圆形标记的数量已知；接着对带有圆形标定板的原始图像使用局部自适应阈值进行二值化处理，得到如图2所示二值化图像；其中二值化图像中0代表黑色，1代表白色。

在步骤S2中，获取通过线性相机引起的与扫描图像素相对应的测量误差，具体为：

S21.对图像x方向(电机运动方向)所有标定板扫描图的像素拉平：

如图2、3所示，以标定板扫描图的顶点1、顶点2连线的x坐标为基准(基准线L)，遍历顶点1、顶点2之间标定板上所有圆形的圆心x坐标，计算所有圆心x坐标与顶点1、顶点2连线之间的垂直距离，得到平移值h，根据平移值将所有不在顶点1、顶点2连线上圆心的x坐标进行平移，将顶点1、顶点2之间标定板上所有圆形的圆心x坐标在同一条直线上，并且用同样方法平移两两平移后圆心之间每个点的新坐标，得到因相机内部安装不在一条直线引起的畸变参数；其中畸变参数即为平移值。其中：

h＝x

其中，k表示斜率；b表示截距；y1表示顶点1的y坐标值；y2表示顶点2的y坐标值；x1表示顶点1的x坐标值；x2表示顶点2的x坐标值；x

S22.相机旋转：

如图2、4所示，获取标定板扫描图上四个顶点A、B、C、D的圆心坐标，计算需要旋转的旋转值，将获取的四个顶点A、B、C、D的圆心坐标根据下述公式得到的旋转值进行旋转，得到旋转后标定板扫描图上四个顶点a、b、c、d的圆心坐标，经过透视变换去除相机旋转误差，得到由于相机安装方向和扫描方向不垂直引起的畸变参数；其中畸变参数为透视变换后的矩阵参数T，其中：

其中，a

本实施例中透视变换具体为：用旋转前的四个点A、B、C、D和旋转后的四个点a、b、c、d做透视变换，生成透视变换矩阵，然后把A-B-C-D包含范围内的每个坐标位置都用透视变换矩阵进行重新生成新的坐标位置。

本实施例中旋转后的顶点圆心坐标需要满足以下条件：

x

y

x

y

dis(A,D)＝Dis(a,d)

ab⊥ad

bc⊥dc

其中，A、B、C、D表示标定板扫描图上顶点圆心坐标；a、b、c、d表示旋转后的标定板扫描图上顶点圆心坐标；x

旋转值的计算方式为：根据旋转后需要满足的条件，再结合初始顶点圆心坐标进而计算得到旋转值。

本实施例通过标定板扫描图拟合所有线性相机因安装及工艺精度引起的测量误差，进而对线性相机做图像去畸变，使得去畸变流程易于操作和计算。

在步骤S3中，通过标定板扫描图拟合获取的测量误差，得到拟合后的标定板扫描图，并计算拟合后的标定板扫描图的所有圆心坐标。

图像y方向(相机方向，图2中顶点1至2之间的每一列)和x方向(电机运动方向，图2中顶点1至4之间的每一行)像素大小统一：分别计算顶点1至2之间每一列的y坐标和顶点1至4之间每一行的x坐标，以顶点1至2之间每一列的第一个y方向的每个像素大小为基准，重新根据点到直线的映射方式，将顶点1至4之间每一行x方向的像素大小，使得相机方向和电机运动方向的像素大小一致，得到相机分辨率和运动扫描方向成像分辨率关系。

具体为：分别获得经过步骤S2后的如图2中1、2、3、4四个顶点圆心坐标，分别得到坐标轴x方向、y方向的单位精度P

并对图像所有像素做如下重映射

其中，L

本实施例通过循环二值化步骤S21-S22的方法实现对标定板扫描图上的所有圆心坐标的映射，得到所有圆心的坐标。

在步骤S4中，基于世界坐标，将计算得到的所有圆心坐标映射为理想图像坐标。

基于世界坐标生成理想图像坐标：根据标定板扫描图的空间物体坐标，以步骤S3中单个像素对应世界坐标大小为单位，映射世界坐标中所有标定板扫描图圆心坐标为理想图像坐标，得到所有圆心的理想图像坐标。具体为：

其中，x

单个像素表示对应世界坐标大小为单位的意思，是图像上一个像素代表真实世界中物体尺寸大小。

本实施例通过借助理想坐标系将三维世界中的坐标点(单位：米)直接映射到二维图像平面，从而避免了面阵相机四坐标系去畸变时内参外参的计算。

在步骤S5中，对映射后的理想图像坐标做像素图像坐标的映射度，得到标定板扫描图中每个像素点的真实图像位置。

基于步骤S3、S4分别得到的所有圆心图像坐标和理想图像坐标，并如图4所示四个点为一个队列，通过透视变换获得步骤S3中每四个圆心之间区域的像素对应所在理想图中像素点的理想坐标，具体透视变换公式同步骤S22对应公式，如下。

像素点映射关系生成：基于步骤S4得到所有圆心的理想图像坐标，将其分为四个点为一个队列，使用透视变换，获得每个像素点的真实图像位置。

四个点为一个队列具体如图5所示，将框中包含的序列A-B-C-D映射到a-b-c-d，将框中包含的序列B-E-F-C映射到b-e-f-c；其中A-B-C-D为一个队列，B-E-F-C为一个队列，以此类推。

在本实施例中，在获得真实图像位置之前还需要判断是否所有的圆心的理想图像坐标都有对应的真实图像位置，若存在有些圆心的理想图像坐标没有对应的真实图像位置的关系点位置，则需要使用滤波做映射填补，具体为用窗口大小为3*3的均值滤波对中间缺失值的映射坐标的进行计算，且只有窗口内已有映射关系的映射坐标参与运算，使得所有的圆心的理想图像坐标都有对应的真实图像位置。步骤S5之后还包括：

S6.存储步骤S3所有圆心坐标和步骤S5得到的真实图像位置。

存储映射矩阵：存储步骤S3图像像素坐标和步骤S5映射后图像像素坐标对应关系，进而加快图像去畸变速度。

对应关系为：步骤S3所得图的每个坐标像素值映射到步骤S5所的图对应坐标位置，即S5(i,j)＝S3(i',j')。

本实施例的有益效果为：

1、改进面阵相机去畸变的思想对线性相机做图像去畸变，使得去畸变流程易于操作和计算；

2、提高铝型材测量精度(测量误差±0.01mm)；

3、提高铝型材测量速度。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。