摘 要：魚眼鏡頭可以實(shí)現(xiàn)對(duì)人視野空間進(jìn)行大視野顯示，在監(jiān)控領(lǐng)域具有非?，F(xiàn)實(shí)的應(yīng)用，但其圖像具有非常嚴(yán)重的變形，因此需要對(duì)其進(jìn)行圖像校正。本文提出了一種基于定位檢索的魚眼圖像校正處理方法，通過預(yù)先定位圖像獲得校正公式，并根據(jù)實(shí)際情況加入修正因子，獲取較滿意的校正效果，滿足于實(shí)際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：魚眼圖像；畸變校正；定位檢索

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展和社會(huì)對(duì)公共安全的日益關(guān)注，視頻監(jiān)控技術(shù)在短短二十幾年內(nèi)發(fā)生了翻天覆地變化，從最早模擬監(jiān)控技術(shù)到前些年火熱數(shù)字監(jiān)控技術(shù)，一直發(fā)展到現(xiàn)在方興未艾的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)。與此同時(shí)，高速增長的視頻監(jiān)控系統(tǒng)市場也對(duì)視頻監(jiān)控的功能要求越來越多，比如在交通路口、酒店大堂等地方就希望能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)現(xiàn)在同一時(shí)間地點(diǎn)的大范圍目標(biāo)的持續(xù)監(jiān)控。大范圍目標(biāo)持續(xù)監(jiān)控可以通過兩種模式得以實(shí)現(xiàn)，一種是通過對(duì)多個(gè)普通攝像頭所獲得的圖像進(jìn)行軟件疊加處理，該模式充分利用現(xiàn)有技術(shù)，實(shí)現(xiàn)簡單，但是多個(gè)攝像頭的布局有一定要求，工程安裝復(fù)雜，同時(shí)多個(gè)攝像頭及復(fù)雜布線所帶來的現(xiàn)實(shí)成本較高，不利于推廣；一種是通過魚眼鏡頭進(jìn)行圖像采集，然后將所采集到的畸變圖像通過嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行校正，然后送出正常圖像，該模式需要通過一定算法對(duì)魚眼畸變圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)校正，技術(shù)含量高，但是該模式工程安裝方便，硬件成本較低，是目前大范圍目標(biāo)持續(xù)監(jiān)控發(fā)展的主流方向。

本文主要研究任務(wù)是要基于當(dāng)前主流魚眼畸變校正算法的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出基于DSP實(shí)現(xiàn)的魚眼圖像采集校正處理系統(tǒng)，要求圖像校正質(zhì)量得到一定保證、運(yùn)算速度達(dá)到實(shí)時(shí)采集目的，并將校正后的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮送入網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控功能。

1 魚眼鏡頭成像原理

魚眼鏡頭可以實(shí)現(xiàn)對(duì)人視野空間進(jìn)行大視野顯示，當(dāng)魚眼鏡頭朝前拍攝時(shí)可以達(dá)到180°左右的視域，當(dāng)朝下拍攝時(shí)更可以達(dá)到360°左右的視域。魚眼鏡頭成像時(shí)候在徑向方向（垂直方向）上隱含了物體的高度信息，在切向方向（水平方向）上隱含了物體的左右信息，因此該圖像中心處疏而大，外圈密而小，稱在非常嚴(yán)重的變形。

假設(shè)我們把魚眼鏡頭放在坐標(biāo)原點(diǎn)，其拍攝方向沿著OZ軸正向進(jìn)行，那么魚眼圖像應(yīng)該成像在OXY平面上，則其成像基本原理可以如圖1所示：設(shè)半球面S方程為 ，

其中（x0，y0，z0）為O點(diǎn)坐標(biāo)，r為半徑，如果對(duì)空間景物上任意一點(diǎn)P1，連接O和P1交S于點(diǎn)P2，然后過P2作Z軸的平行線交OX軸于P3點(diǎn)，P3點(diǎn)便是用魚眼鏡頭拍攝所成的像。若將空間上所有的景物點(diǎn)都按上述方法投影到OXY平面，所獲得的圖像即畸變的魚眼圖像。

2 基于定位檢索的魚眼圖像校正算法

根據(jù)魚眼鏡頭成像原理中的球面坐標(biāo)模型（x-x0）2+（y-y0）2+（z-z0）2=r2建立標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系OXY，假設(shè)魚眼鏡頭位于坐標(biāo)原點(diǎn)O，其拍攝方向沿著OZ軸正向進(jìn)行，拍攝后的魚眼圖像落在OXY平面上，如圖2所示。

圖1 魚眼鏡頭成像原理 圖2 魚眼成像投射對(duì)應(yīng)關(guān)系示意

設(shè)OXY平面上的點(diǎn)q為成像視野區(qū)域內(nèi)一成像點(diǎn)q'的成像，當(dāng)成像點(diǎn)q與坐標(biāo)原點(diǎn)o的距離l小于等于魚眼鏡頭成像原理中球面坐標(biāo)模型的球面半徑r的四分之一時(shí)，由式（1）求出魚眼展開圖像點(diǎn)q'與展開圖像中心位置o'的距離。

（1）

當(dāng)成像點(diǎn)q與坐標(biāo)原點(diǎn)o的距離l大于等于魚眼鏡頭成像原理中球面坐標(biāo)模型的球面半徑r的四分之一時(shí)，由式（2）求出魚眼展開圖像點(diǎn)q'與展開圖像中心位置o'的距離。

（2）

其中l(wèi)'為展開圖像點(diǎn)q'與展開圖像中心位置o'之間的距離，l為投影成像點(diǎn)q與投影坐標(biāo)原點(diǎn)o的距離，r為魚眼成像球面坐標(biāo)模型的球面半徑，m和n為修正參數(shù)；

最后，通過成像點(diǎn)q在OXY平面所形成的角度？茲通過式3計(jì)算出圖像點(diǎn)q'在展開圖像中的位置。

（3）

3 應(yīng)用與結(jié)果分析

運(yùn)用MATLBA軟件對(duì)本文提出的圖像校正算法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到了比較滿意的結(jié)果。

（a）魚眼圖像原圖1 （b）校正后圖像1

（c）魚眼圖像原圖2 （d）校正后圖像2

圖3 魚眼圖像校正前后對(duì)比圖像

4 結(jié)束語

本文提出一種通過定位檢索的算法進(jìn)行魚眼圖像的畸變校正，建立了魚眼成像平面與球面模型間的校正映射關(guān)系，進(jìn)而完成魚眼圖像的有效校正，實(shí)現(xiàn)了真實(shí)場景的還原，取

得了比較滿意的校正效果。

參考文獻(xiàn)

[1]邱志強(qiáng)，陸宏偉，于起峰. 用射影不變性糾正魚眼鏡頭畸變[J].應(yīng)用光學(xué)，2003，24（5）：36-38.

[2]黃有度，蘇化明.一種魚眼圖像到透視投影圖像的變換模型[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2005，17（1）：29-23.

[3]崔漢國，陳軍，王大宇.魚眼圖像校正及拼接的研究與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程，2007，33（10）：190-192.

[4]王大宇，崔漢國，陳軍.魚眼圖像輪廓提取及校正研究[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2007，28（12）：2878-2882.

[5]楊玲，成運(yùn).用經(jīng)緯映射的魚眼圖像較真設(shè)計(jì)方法[J].工程圖學(xué)學(xué)報(bào)，2010，6：19-22.

作者簡介：邵華（1979-），男，浙江杭州人，講師、工程師，碩士研究生，研究方向：光電圖像采集與處理。endprint

摘 要：魚眼鏡頭可以實(shí)現(xiàn)對(duì)人視野空間進(jìn)行大視野顯示，在監(jiān)控領(lǐng)域具有非?，F(xiàn)實(shí)的應(yīng)用，但其圖像具有非常嚴(yán)重的變形，因此需要對(duì)其進(jìn)行圖像校正。本文提出了一種基于定位檢索的魚眼圖像校正處理方法，通過預(yù)先定位圖像獲得校正公式，并根據(jù)實(shí)際情況加入修正因子，獲取較滿意的校正效果，滿足于實(shí)際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：魚眼圖像；畸變校正；定位檢索

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展和社會(huì)對(duì)公共安全的日益關(guān)注，視頻監(jiān)控技術(shù)在短短二十幾年內(nèi)發(fā)生了翻天覆地變化，從最早模擬監(jiān)控技術(shù)到前些年火熱數(shù)字監(jiān)控技術(shù)，一直發(fā)展到現(xiàn)在方興未艾的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)。與此同時(shí)，高速增長的視頻監(jiān)控系統(tǒng)市場也對(duì)視頻監(jiān)控的功能要求越來越多，比如在交通路口、酒店大堂等地方就希望能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)現(xiàn)在同一時(shí)間地點(diǎn)的大范圍目標(biāo)的持續(xù)監(jiān)控。大范圍目標(biāo)持續(xù)監(jiān)控可以通過兩種模式得以實(shí)現(xiàn)，一種是通過對(duì)多個(gè)普通攝像頭所獲得的圖像進(jìn)行軟件疊加處理，該模式充分利用現(xiàn)有技術(shù)，實(shí)現(xiàn)簡單，但是多個(gè)攝像頭的布局有一定要求，工程安裝復(fù)雜，同時(shí)多個(gè)攝像頭及復(fù)雜布線所帶來的現(xiàn)實(shí)成本較高，不利于推廣；一種是通過魚眼鏡頭進(jìn)行圖像采集，然后將所采集到的畸變圖像通過嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行校正，然后送出正常圖像，該模式需要通過一定算法對(duì)魚眼畸變圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)校正，技術(shù)含量高，但是該模式工程安裝方便，硬件成本較低，是目前大范圍目標(biāo)持續(xù)監(jiān)控發(fā)展的主流方向。

本文主要研究任務(wù)是要基于當(dāng)前主流魚眼畸變校正算法的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出基于DSP實(shí)現(xiàn)的魚眼圖像采集校正處理系統(tǒng)，要求圖像校正質(zhì)量得到一定保證、運(yùn)算速度達(dá)到實(shí)時(shí)采集目的，并將校正后的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮送入網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控功能。

1 魚眼鏡頭成像原理

魚眼鏡頭可以實(shí)現(xiàn)對(duì)人視野空間進(jìn)行大視野顯示，當(dāng)魚眼鏡頭朝前拍攝時(shí)可以達(dá)到180°左右的視域，當(dāng)朝下拍攝時(shí)更可以達(dá)到360°左右的視域。魚眼鏡頭成像時(shí)候在徑向方向（垂直方向）上隱含了物體的高度信息，在切向方向（水平方向）上隱含了物體的左右信息，因此該圖像中心處疏而大，外圈密而小，稱在非常嚴(yán)重的變形。

假設(shè)我們把魚眼鏡頭放在坐標(biāo)原點(diǎn)，其拍攝方向沿著OZ軸正向進(jìn)行，那么魚眼圖像應(yīng)該成像在OXY平面上，則其成像基本原理可以如圖1所示：設(shè)半球面S方程為 ，

其中（x0，y0，z0）為O點(diǎn)坐標(biāo)，r為半徑，如果對(duì)空間景物上任意一點(diǎn)P1，連接O和P1交S于點(diǎn)P2，然后過P2作Z軸的平行線交OX軸于P3點(diǎn)，P3點(diǎn)便是用魚眼鏡頭拍攝所成的像。若將空間上所有的景物點(diǎn)都按上述方法投影到OXY平面，所獲得的圖像即畸變的魚眼圖像。

2 基于定位檢索的魚眼圖像校正算法

根據(jù)魚眼鏡頭成像原理中的球面坐標(biāo)模型（x-x0）2+（y-y0）2+（z-z0）2=r2建立標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系OXY，假設(shè)魚眼鏡頭位于坐標(biāo)原點(diǎn)O，其拍攝方向沿著OZ軸正向進(jìn)行，拍攝后的魚眼圖像落在OXY平面上，如圖2所示。

圖1 魚眼鏡頭成像原理 圖2 魚眼成像投射對(duì)應(yīng)關(guān)系示意

設(shè)OXY平面上的點(diǎn)q為成像視野區(qū)域內(nèi)一成像點(diǎn)q'的成像，當(dāng)成像點(diǎn)q與坐標(biāo)原點(diǎn)o的距離l小于等于魚眼鏡頭成像原理中球面坐標(biāo)模型的球面半徑r的四分之一時(shí)，由式（1）求出魚眼展開圖像點(diǎn)q'與展開圖像中心位置o'的距離。

（1）

當(dāng)成像點(diǎn)q與坐標(biāo)原點(diǎn)o的距離l大于等于魚眼鏡頭成像原理中球面坐標(biāo)模型的球面半徑r的四分之一時(shí)，由式（2）求出魚眼展開圖像點(diǎn)q'與展開圖像中心位置o'的距離。

（2）

其中l(wèi)'為展開圖像點(diǎn)q'與展開圖像中心位置o'之間的距離，l為投影成像點(diǎn)q與投影坐標(biāo)原點(diǎn)o的距離，r為魚眼成像球面坐標(biāo)模型的球面半徑，m和n為修正參數(shù)；

最后，通過成像點(diǎn)q在OXY平面所形成的角度？茲通過式3計(jì)算出圖像點(diǎn)q'在展開圖像中的位置。

（3）

3 應(yīng)用與結(jié)果分析

運(yùn)用MATLBA軟件對(duì)本文提出的圖像校正算法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到了比較滿意的結(jié)果。

（a）魚眼圖像原圖1 （b）校正后圖像1

（c）魚眼圖像原圖2 （d）校正后圖像2

圖3 魚眼圖像校正前后對(duì)比圖像

4 結(jié)束語

本文提出一種通過定位檢索的算法進(jìn)行魚眼圖像的畸變校正，建立了魚眼成像平面與球面模型間的校正映射關(guān)系，進(jìn)而完成魚眼圖像的有效校正，實(shí)現(xiàn)了真實(shí)場景的還原，取

得了比較滿意的校正效果。

參考文獻(xiàn)

[1]邱志強(qiáng)，陸宏偉，于起峰. 用射影不變性糾正魚眼鏡頭畸變[J].應(yīng)用光學(xué)，2003，24（5）：36-38.

[2]黃有度，蘇化明.一種魚眼圖像到透視投影圖像的變換模型[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2005，17（1）：29-23.

[3]崔漢國，陳軍，王大宇.魚眼圖像校正及拼接的研究與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程，2007，33（10）：190-192.

[4]王大宇，崔漢國，陳軍.魚眼圖像輪廓提取及校正研究[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2007，28（12）：2878-2882.

[5]楊玲，成運(yùn).用經(jīng)緯映射的魚眼圖像較真設(shè)計(jì)方法[J].工程圖學(xué)學(xué)報(bào)，2010，6：19-22.

作者簡介：邵華（1979-），男，浙江杭州人，講師、工程師，碩士研究生，研究方向：光電圖像采集與處理。endprint

摘 要：魚眼鏡頭可以實(shí)現(xiàn)對(duì)人視野空間進(jìn)行大視野顯示，在監(jiān)控領(lǐng)域具有非?，F(xiàn)實(shí)的應(yīng)用，但其圖像具有非常嚴(yán)重的變形，因此需要對(duì)其進(jìn)行圖像校正。本文提出了一種基于定位檢索的魚眼圖像校正處理方法，通過預(yù)先定位圖像獲得校正公式，并根據(jù)實(shí)際情況加入修正因子，獲取較滿意的校正效果，滿足于實(shí)際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：魚眼圖像；畸變校正；定位檢索

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展和社會(huì)對(duì)公共安全的日益關(guān)注，視頻監(jiān)控技術(shù)在短短二十幾年內(nèi)發(fā)生了翻天覆地變化，從最早模擬監(jiān)控技術(shù)到前些年火熱數(shù)字監(jiān)控技術(shù)，一直發(fā)展到現(xiàn)在方興未艾的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)。與此同時(shí)，高速增長的視頻監(jiān)控系統(tǒng)市場也對(duì)視頻監(jiān)控的功能要求越來越多，比如在交通路口、酒店大堂等地方就希望能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)現(xiàn)在同一時(shí)間地點(diǎn)的大范圍目標(biāo)的持續(xù)監(jiān)控。大范圍目標(biāo)持續(xù)監(jiān)控可以通過兩種模式得以實(shí)現(xiàn)，一種是通過對(duì)多個(gè)普通攝像頭所獲得的圖像進(jìn)行軟件疊加處理，該模式充分利用現(xiàn)有技術(shù)，實(shí)現(xiàn)簡單，但是多個(gè)攝像頭的布局有一定要求，工程安裝復(fù)雜，同時(shí)多個(gè)攝像頭及復(fù)雜布線所帶來的現(xiàn)實(shí)成本較高，不利于推廣；一種是通過魚眼鏡頭進(jìn)行圖像采集，然后將所采集到的畸變圖像通過嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行校正，然后送出正常圖像，該模式需要通過一定算法對(duì)魚眼畸變圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)校正，技術(shù)含量高，但是該模式工程安裝方便，硬件成本較低，是目前大范圍目標(biāo)持續(xù)監(jiān)控發(fā)展的主流方向。

本文主要研究任務(wù)是要基于當(dāng)前主流魚眼畸變校正算法的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出基于DSP實(shí)現(xiàn)的魚眼圖像采集校正處理系統(tǒng)，要求圖像校正質(zhì)量得到一定保證、運(yùn)算速度達(dá)到實(shí)時(shí)采集目的，并將校正后的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮送入網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控功能。

1 魚眼鏡頭成像原理

魚眼鏡頭可以實(shí)現(xiàn)對(duì)人視野空間進(jìn)行大視野顯示，當(dāng)魚眼鏡頭朝前拍攝時(shí)可以達(dá)到180°左右的視域，當(dāng)朝下拍攝時(shí)更可以達(dá)到360°左右的視域。魚眼鏡頭成像時(shí)候在徑向方向（垂直方向）上隱含了物體的高度信息，在切向方向（水平方向）上隱含了物體的左右信息，因此該圖像中心處疏而大，外圈密而小，稱在非常嚴(yán)重的變形。

假設(shè)我們把魚眼鏡頭放在坐標(biāo)原點(diǎn)，其拍攝方向沿著OZ軸正向進(jìn)行，那么魚眼圖像應(yīng)該成像在OXY平面上，則其成像基本原理可以如圖1所示：設(shè)半球面S方程為 ，

其中（x0，y0，z0）為O點(diǎn)坐標(biāo)，r為半徑，如果對(duì)空間景物上任意一點(diǎn)P1，連接O和P1交S于點(diǎn)P2，然后過P2作Z軸的平行線交OX軸于P3點(diǎn)，P3點(diǎn)便是用魚眼鏡頭拍攝所成的像。若將空間上所有的景物點(diǎn)都按上述方法投影到OXY平面，所獲得的圖像即畸變的魚眼圖像。

2 基于定位檢索的魚眼圖像校正算法

根據(jù)魚眼鏡頭成像原理中的球面坐標(biāo)模型（x-x0）2+（y-y0）2+（z-z0）2=r2建立標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系OXY，假設(shè)魚眼鏡頭位于坐標(biāo)原點(diǎn)O，其拍攝方向沿著OZ軸正向進(jìn)行，拍攝后的魚眼圖像落在OXY平面上，如圖2所示。

圖1 魚眼鏡頭成像原理 圖2 魚眼成像投射對(duì)應(yīng)關(guān)系示意

設(shè)OXY平面上的點(diǎn)q為成像視野區(qū)域內(nèi)一成像點(diǎn)q'的成像，當(dāng)成像點(diǎn)q與坐標(biāo)原點(diǎn)o的距離l小于等于魚眼鏡頭成像原理中球面坐標(biāo)模型的球面半徑r的四分之一時(shí)，由式（1）求出魚眼展開圖像點(diǎn)q'與展開圖像中心位置o'的距離。

（1）

當(dāng)成像點(diǎn)q與坐標(biāo)原點(diǎn)o的距離l大于等于魚眼鏡頭成像原理中球面坐標(biāo)模型的球面半徑r的四分之一時(shí)，由式（2）求出魚眼展開圖像點(diǎn)q'與展開圖像中心位置o'的距離。

（2）

其中l(wèi)'為展開圖像點(diǎn)q'與展開圖像中心位置o'之間的距離，l為投影成像點(diǎn)q與投影坐標(biāo)原點(diǎn)o的距離，r為魚眼成像球面坐標(biāo)模型的球面半徑，m和n為修正參數(shù)；

最后，通過成像點(diǎn)q在OXY平面所形成的角度？茲通過式3計(jì)算出圖像點(diǎn)q'在展開圖像中的位置。

（3）

3 應(yīng)用與結(jié)果分析

運(yùn)用MATLBA軟件對(duì)本文提出的圖像校正算法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到了比較滿意的結(jié)果。

（a）魚眼圖像原圖1 （b）校正后圖像1

（c）魚眼圖像原圖2 （d）校正后圖像2

圖3 魚眼圖像校正前后對(duì)比圖像

4 結(jié)束語

本文提出一種通過定位檢索的算法進(jìn)行魚眼圖像的畸變校正，建立了魚眼成像平面與球面模型間的校正映射關(guān)系，進(jìn)而完成魚眼圖像的有效校正，實(shí)現(xiàn)了真實(shí)場景的還原，取

得了比較滿意的校正效果。

參考文獻(xiàn)

[1]邱志強(qiáng)，陸宏偉，于起峰. 用射影不變性糾正魚眼鏡頭畸變[J].應(yīng)用光學(xué)，2003，24（5）：36-38.

[2]黃有度，蘇化明.一種魚眼圖像到透視投影圖像的變換模型[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2005，17（1）：29-23.

[3]崔漢國，陳軍，王大宇.魚眼圖像校正及拼接的研究與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程，2007，33（10）：190-192.

[4]王大宇，崔漢國，陳軍.魚眼圖像輪廓提取及校正研究[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2007，28（12）：2878-2882.

[5]楊玲，成運(yùn).用經(jīng)緯映射的魚眼圖像較真設(shè)計(jì)方法[J].工程圖學(xué)學(xué)報(bào)，2010，6：19-22.

作者簡介：邵華（1979-），男，浙江杭州人，講師、工程師，碩士研究生，研究方向：光電圖像采集與處理。endprint