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基于成像规律的CCD镜头畸变的快速校正

作　者: 韩黄璞
导　师: 李晋惠
学　校: 西安工业大学
专　业: 光学
关键词: 几何畸变视场角数据修正畸变校正
分类号: TN386.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 216次
引　用: 2次
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内容摘要

随着计算机技术的快速发展,图像识别和物体定位技术已经进入数字化阶段,并在科学探索、工业生产、通讯技术、环境保护、刑侦安全、生物医学、文化艺术、考古测绘和智能交通等学科领域得到了广泛的应用。目前,图像畸变校正方法的研究也成为热点课题之一,CCD镜头图像畸变的校正成为视觉检测和计算机视觉等领域重要的研究课题。基于此,本文重点阐述CCD镜头畸变的校正方法。根据国内外研究现状,本文提出一种基于成像规律的CCD镜头畸变的快速校正方法,以便更好的满足视觉上和测量上的应用。同时,围绕CCD成像系统的标定及其图像校正,进行了深入的研究和探讨。主要作了以下几方面的工作：(1)详细的介绍了CCD成像的理论前提,以及CCD成像的实际过程,对投影模型和成像之间的对应关系进行了分析,另外,分析了成像过程中坐标的转换关系,并运用数学公式进行了分析描述。(2)目前,有两种主流标定方法：传统标定方法和自标定方法,本文是基于自标定方法,不依赖于CCD的内部参数,对畸变模型进行实验分析。(3)实验采用两个不同分辨率的CCD进行图像畸变校正的标定,分别得出两个CCD的图像畸变变化曲线图。用一个CCD采集一幅图,根据图像畸变变化的曲线对畸变图像像素恢复,取得了良好的校正效果。(4)采用一组同心圆半径作为控制点,避免了在提取图像坐标过程中由于阈值选取不恰当产生误差。由于圆形在成像中,需要调节垂轴,才可以使CCD获取的图像保持圆形。在实验过程中,垂轴的调节方法是根据实验的要求自行设计的。本文在目标靶的设计上,采用计算机程序设计自动生成,减少了目标靶的制作过程中人为因素的影响。同心圆的内圆半径在作为本组畸变校正的基准半径时,采用了一种基于直线变形的直线修正法,对内圆半径数据修正后,再进行数据处理,最后得出图像畸变图像曲线更加平滑,其中对基准半径进行修正的办法,使数据结果更加客观准确。图像畸变校正的验证结果表明,这种方法完全达到工程测量的要求,有较高的实用价值。上述的理论分析和实验结果表明,CCD图像畸变校正方法精度较高,是一种简单、有效、实用的校正方法,能够满足精度较高的非接触性光学测量系统要求的标准。需要说明的是,这种方法要求被测物体和CCD是静止的,对于运动物体的测量,这需要进一步的分析研究。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-15
  1.1 课题的研究背景和意义  9-10
  1.2 CCD图像畸变校正的发展  10-11
  1.3 CCD图像畸变校正国内外的研究现状  11-13
  1.4 本文主要研究工作与结构安排  13-15
2 CCD图像畸变模型的研究  15-22
  2.1 CCD的成像模型在不同坐标系下的转换  15-16
    2.1.1 世界坐标系  15
    2.1.2 光心坐标系  15
    2.1.3 图像坐标系  15
    2.1.4 像素坐标系  15-16
  2.2 根据成像模型分析非线性畸变  16-18
  2.3 非线性畸变的类型  18-20
    2.3.1 径向畸变(Radial Disto rtion)  18-19
    2.3.2 偏心畸变(Disinterring Distortion)  19
    2.3.3 薄棱镜畸变(Thin-prism Distortion)  19-20
  2.4 非线性畸变的综合效果  20-21
  2.5 本章小结  21-22
3 CCD图像畸变校正的镜头标定  22-25
  3.1 CCD图像畸变校正的镜头标定的意义  22
  3.2 CCD图像畸变校正的镜头标定的方法概述  22
  3.3 传统的CCD图像畸变校正的标定方法  22-23
  3.4 CCD图像畸变校正的自标定方法  23
  3.5 基于主动视觉的CCD镜头的标定方法  23-24
  3.6 本章小结  24-25
4 实验模型分析  25-35
  4.1 实验采用模型的分析  25-26
  4.2 实验中使用CCD的各项参数  26-28
  4.3 目标靶载体的设计  28-30
  4.4 同心圆模板半径的提取  30-32
  4.5 空间坐标变换  32-34
    4.5.1 向前映射法  32
    4.5.2 向后映射法  32-34
  4.6 本章小结  34-35
5 实验部分(一)  35-41
  5.1 目标靶调节  35
  5.2 获取图像、数据  35-36
  5.3 修正数据  36-40
  5.4 曲线的拟合  40
  5.5 本章小结  40-41
6 实验部分(二)  41-49
  6.1 调节目标靶,获取图像  41-42
  6.2 处理、修正数据  42-44
  6.3 拟合曲线  44
  6.4 像素重建,校正图像  44-47
  6.5 评估畸变校正效果  47-49
7 总结和展望  49-51
  7.1 总结  49
  7.2 展望  49-51
参考文献  51-54
攻读硕士期间发表的论文  54-55
致谢  55-58
附录  58-61

基于成像规律的CCD镜头畸变的快速校正

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