基于圆心共线约束的鱼眼镜头径向畸变估计

第41卷第11期 光电工程V ol.41, No.11 2014年11月Opto-Electronic Engineering Nov, 2014

文章编号：1003-501X(2014)11-0036-08

基于圆心共线约束的鱼眼镜头径向畸变估计

朱云芳1，杜歆2

( 1. 浙江工商大学计算机与信息工程学院，杭州 310018；

2. 浙江大学信息与电子工程学系，杭州 310027 )

摘要：提出了基于圆心共线约束的鱼眼镜头径向畸变估计方法。拍摄单幅至少包含空间二组平行直线的标定图像。

在单参数除法径向畸变模型下，空间平行直线被映射为畸变图像上的一组圆弧。通过推导发现由同一组平行直线投影得到的圆弧会相交于二个公共交点，因而它们的圆心具有共线性质。在拟合圆弧参数时利用圆心共线性质，能够达到精确求解的目的。提出了基于圆心共线圆弧的单参数除法模型参数的求解方法，并进一步提出了圆心共线圆弧的非线性优化拟合方法。仿真和真实图像的实验结果都表明，相比传统方法，所提出的方法鲁棒性强，能有效提高标定的精度。

关键词：鱼眼镜头；除法模型；径向畸变；圆弧拟合；失真校正

中图分类号：TP391.7 文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.1003-501X.2014.11.006

Estimating Radial Distortion for Fish-eye Lens

Based on Collinear Constraint

ZHU Yunfang1，DU Xin2

( 1. College of Computer and Information Engineering, Zhejiang Gongshang University, Hangzhou 310018, China;

2. Department of Information Science and Electronic Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China )

Abstract: A method of calibrating radial distortion for fish-eye lens based on collinear constraint is proposed. The method only needs a single image which contains at least two sets of parallel lines in 3D world. Under single parameter division model, these lines are imaged as circular arcs in the distorted image. These circular arcs imaged from the same set of parallel lines will intersect at two common points, and thus their centers are collinear. Under this constraint, the calculation of parameters of the single parameter division model is then proposed, which can be solved by using the Levenberg-Marquardt algorithm effectively. Experimental results of both synthetic and real images show that the proposed method is simple, robust and accurate.

Key words: fisheye lens; division model; radial distortion; arc fitting; distortion correction

0 引 言

鱼眼镜头相机因其具有非常大的视野而在视频监控、机器人导航以及三维重建等领域得到广泛应用。然而，在视野扩大的同时，鱼眼镜头成像也带来了非常大的失真，表现在图像上是越靠近图像的外边缘，畸变的程度越大。这种畸变如果不加以有效的校正，将会给鱼眼镜头的应用带来很大的阻碍。

鱼眼镜头的失真有多种类型，其中径向畸变被认为是主要因素[1]。有众多的学者对鱼眼镜头的失真校正进行了研究，他们采用了不同的径向畸变数学模型。例如有多项式模型[2]、Field-of-view 模型[3]、除法模型[4]、Equi-distant模型[5]、Stereographic模型[6]、非参数化模型[7]等。在这些模型中，多项式模型运用较

收稿日期：2014-03-31； 收到修改稿日期：2014-05-07

基金项目：浙江省自然科学基金项目(LY12F01019)；国家自然科学基金面上项目(61271339)

作者简介：朱云芳(1980-)，女(汉族)，湖北荆州人。副教授，博士，主要研究工作是计算机视觉、图像处理。E-mail: zhuyf@https://www.360docs.net/doc/0818999855.html,。

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