基于旋转双棱镜成像系统加速图像处理的简化视场方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于旋转双棱镜成像系统加速图像处理的简化视场方法，包括：搭建旋转双棱镜成像系统，获取原始畸变图像；校正由相机镜头引起的成像畸变；构造双棱镜各面的法向量和原始畸变图像的边界矢量，并计算偏转后视场边界在无畸变网格中的位置；获取无畸变网格中视场边界的最大内接矩形边界，获取其内部所有需要填充的整数点坐标，进而构造反向入射光线矢量；依次计算入射光线的四次折射，得到无畸变网格中整数点在畸变网格中的位置，并计算得到无畸变网格整数点的灰度值；将得到的灰度值逐一填充至对应的无畸变网格中，实现旋转双棱镜成像畸变的校正。该方法有利于提高图像处理效率，为后续处理提供良好的图像处理基础，节约时间成本。节约时间成本。节约时间成本。

【技术实现步骤摘要】
基于旋转双棱镜成像系统加速图像处理的简化视场方法


[0001]本专利技术属于成像系统与图像处理
，具体涉及一种基于旋转双棱镜成像系统加速图像处理的简化视场方法。

技术介绍

[0002]作为一种典型的折射式光束扫描设备，旋转双棱镜凭借其强大的光束偏折能力与控制精度，在自由空间光通信、红外对抗、激光雷达等光束控制设备中已得到了广泛的应用。随着对旋转双棱镜系统研究的进一步深入，使用成像探测器作为工作部件的旋转双棱镜成像系统应运而生。旋转双棱镜成像系统具有强大的视场扩展能力与优秀的动态性能，正不断开拓其在大视场成像方向的应用前景。大视场意味着包含更多的空间区域信息，在广域搜救、国土测量、军事侦查等领域有着重要的价值。
[0003]然而棱镜对光线的非线性偏折，导致旋转双棱镜成像系统具有严重的成像畸变。成像畸变的存在严重破坏了图像内物体的形态与空间位置关系，导致系统采集的原始图像难以被用于进一步的目标位置检测、大视场拼接、超分辨率重构等。为了克服旋转双棱镜系统的成像畸变得到具有良好观感且可用于进一步数据处理的图像，已有大量相关研究开展并取得了较好的效果。例如基于一阶近轴近似的畸变校正方法和基于矢量折射定律的逆光线追迹畸变校正方法，此外，也有通过分析逆光线追迹法畸变校正的误差来源与影响力，提出相应的误差参数辨识方法，以进一步提高畸变校正的精度的方法。然而上述方法虽然可以实现畸变校正，但均未考虑畸变校正的效率问题。
[0004]在先技术(V.Lavigne and B.Ricard,“Fast Risley prisms camera steering system:calibration and image distortions correction through the use ofa three
‑
dimensional refraction model,”Opt.Eng.46,043201(2007).)提出的基于逆光线追迹的畸变校正方法，该方法基于一阶近轴近似进行光线追迹并利用单应性变换进行校正，校正精度不高。
[0005]在先技术(Y.Zhou,S.Fan,G.Liu,Y.Chen,and D.Fan,“Image distortions caused by rotational double prisms and their correction,”Acta Opt.Sin.35(9),143
–
150(2015).)提出的基于矢量折射定律的逆光线追迹畸变校正方法。该方法克服了之前线性变换和求解不精确的缺点，具有较高的计算精度，校正结果更加可靠，是目前最常用的旋转双棱镜成像畸变校正算法。上述两种方法虽然解决了成像畸变的问题，但校正后非规则的图像边界又引入了新的问题：对整幅校正图像实施反向投影插值，寻找其内部整数点的过程将会大大提高计算复杂度，严重影响图像处理过程的效率。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种基于旋转双棱镜成像系统加速图像处理的简化视场方法，该方法有利于提高图像处理效率，为后续处理提供良好的图像处理基础，节约时间成本。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于旋转双棱镜成像系统加速图像处理的简化视场方法，包括：
[0008]步骤S1、搭建旋转双棱镜成像系统，获取原始畸变图像；
[0009]步骤S2、读入原始畸变图像，利用预先标定的相机参数校正由相机镜头引起的成像畸变；
[0010]步骤S3、读入双棱镜转角，构造双棱镜各面的法向量和原始畸变图像的边界矢量，并计算偏转后视场边界在无畸变网格中的位置；
[0011]步骤S4、获取无畸变网格中视场边界的最大内接矩形边界，根据矩形边界获取其内部所有需要填充的整数点坐标，基于整数点坐标构造反向入射光线矢量；
[0012]步骤S5、根据逆光线追迹法依次计算入射光线的四次折射，得到无畸变网格中整数点在畸变网格中的位置，并利用双线性插值得到所述无畸变网格整数点的灰度值；
[0013]步骤S6、将计算得到的灰度值逐一填充至对应的无畸变网格中，实现旋转双棱镜成像畸变的校正。
[0014]进一步地，所述旋转双棱镜成像系统包括单个相机和一对完全相同的楔形棱镜；两个楔形棱镜间隔设定距离共轴放置，并可在驱动系统的带动下分别独立旋转。
[0015]进一步地，所述步骤S2中，利用预先标定的相机参数校正由相机镜头引起的成像畸变的校正公式为：
[0016][0017]其中，x'、y'分别为校正后的像素横、纵坐标，x、y分别为校正前的像素横、纵坐标，a1、a2分别为相机镜头的径向畸变系数，b1、b2分别为相机镜头的切向畸变系数，参数a1、a2、b1、b2通过相机标定得到。
[0018]进一步地，所述步骤S3具体包括以下步骤：
[0019]步骤S31、根据相机像素阵列大小和等效焦距，建立像素阵列边缘发出的光线到棱镜的入射矢量S0＝(x0,y0,f)，并将其转化为单位矢量；
[0020]步骤S32、根据矢量折射定律计算边缘光线经旋转双棱镜偏转后的边界，公式为：
[0021][0022]式中，i∈[1,4]为光束通过棱镜表面的次数，S
i
‑1和S
i
分别表示折射前后光束的方向矢量，n
i
‑1和n
i
分别表示入射端和折射端介质的折射率，N
i
表示折射面的法向量。
[0023]进一步地，所述步骤S4具体包括以下步骤：
[0024]步骤S41、根据无畸变网格中4条视场边界的极值，构造最大内接矩形边界；
[0025]步骤S42、依据所构造的最大内接矩形边界，获取边界内所有的整数点集A；
[0026]步骤S43、根据整数点集A，构造从物平面到像平面的反向入射光线矢量S0'＝(
‑
x',
‑
y',
‑
f)，并将其转化为单位矢量。
[0027]进一步地，所述步骤S5具体包括以下步骤：
[0028]步骤S51、利用步骤S43中计算得到的S0'，根据公式(3)，将无畸变网格中的整数点
A(x',y')反向映射到畸变网格上得到非整数点F(x,y)；
[0029][0030]步骤S52、基于双线性插值公式，利用畸变网格整数点上的灰度信息得到所述非整数点F(x,y)的灰度信息；
[0031][0032]式中，i，j分别为非整数点坐标x，y的整数部分；u，v分别为非整数点坐标x，y的小数部分，F(i,j),F(i,j+1),F(i+1,j),F(i+1,j+1)分别表示在畸变网格中与非整数点最邻近的四个整数点的灰度信息。
[0033]进一步地，所述步骤S6具体为：
[0034]将步骤S52获得的畸变网格中非整数点F(x,y)的灰度信息逐一赋给无畸变网格中的整数点A(x',y')，实现旋转双棱镜成像畸变的校正本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于旋转双棱镜成像系统加速图像处理的简化视场方法，其特征在于，包括：步骤S1、搭建旋转双棱镜成像系统，获取原始畸变图像；步骤S2、读入原始畸变图像，利用预先标定的相机参数校正由相机镜头引起的成像畸变；步骤S3、读入双棱镜转角，构造双棱镜各面的法向量和原始畸变图像的边界矢量，并计算偏转后视场边界在无畸变网格中的位置；步骤S4、获取无畸变网格中视场边界的最大内接矩形边界，根据矩形边界获取其内部所有需要填充的整数点坐标，基于整数点坐标构造反向入射光线矢量；步骤S5、根据逆光线追迹法依次计算入射光线的四次折射，得到无畸变网格中整数点在畸变网格中的位置，并利用双线性插值得到所述无畸变网格整数点的灰度值；步骤S6、将计算得到的灰度值逐一填充至对应的无畸变网格中，实现旋转双棱镜成像畸变的校正。2.根据权利要求1所述的基于旋转双棱镜成像系统加速图像处理的简化视场方法，其特征在于，所述旋转双棱镜成像系统包括单个相机和一对完全相同的楔形棱镜；两个楔形棱镜间隔设定距离共轴放置，并可在驱动系统的带动下分别独立旋转。3.根据权利要求2所述的基于旋转双棱镜成像系统加速图像处理的简化视场方法，其特征在于，所述步骤S2中，利用预先标定的相机参数校正由相机镜头引起的成像畸变的校正公式为：其中，x'、y'分别为校正后的像素横、纵坐标，x、y分别为校正前的像素横、纵坐标，a1、a2分别为相机镜头的径向畸变系数，b1、b2分别为相机镜头的切向畸变系数，参数a1、a2、b1、b2通过相机标定得到。4.根据权利要求2所述的基于旋转双棱镜成像系统加速图像处理的简化视场方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括以下步骤：步骤S31、根据相机像素阵列大小和等效焦距，建立像素阵列边缘发出的光线到棱镜的入射矢量S0＝(x0,y0,f)，并将其转化为单位矢量；步骤S32、根据矢量折射定律计算边缘光线经旋转双棱镜偏转后的边界，公式为...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄峰，王鹏飞，黄端豪，任和，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：