【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及图像处理，特别是指一种基于折射定律的鱼眼图像矫正方法及系统。
技术介绍
1、鱼眼镜头因其视角宽广而被广泛应用于全景摄影、虚拟现实、无人驾驶、安全监控等众多领域。而在鱼眼自然图像成像中，由于广角镜头的特殊光学结构，导致获取后的自然图像存在明显的畸变现象，尤其是体现在图像边缘区域的拉伸与弯曲。这种畸变不仅严重影响了图像的视觉效果，还对图像的后续处理与分析带来了挑战。因而，如何有效地矫正这些畸变图像，以确保图像质量与精确度，是图像处理领域的重要研究方向之一。
2、针对上述鱼眼自然图像的畸变矫正问题，现有研究主要集中于几何变换和插值算法等方面。现有的畸变矫正方法主要有以下几种：1）横向展开法，以图像中心为观察点，从俯视视角改变为正视视角；2）径向展开法，通过将鱼眼自然图像点映射到一个平面图像上，实现鱼眼镜头图像的失真矫正；3）基于二维坐标映射矫正模型，通过对鱼眼镜头的光学特性建模，实现自然图像的几何校正。此外，还有一些研究尝试通过深度学习方法来矫正鱼眼图像畸变，利用卷积神经网络对大量鱼眼自然图像进行训练，自动学习畸变特征并进行校正。然而，这些学习方法需要大量的训练数据，训练过程耗时较长，其模型的泛化能力也有待提高。
3、目前为止，还尚未出现基于折射定律的鱼眼图像矫正方法的相关论文及报道，因此，如何构建一种基于折射定律的鱼眼图像矫正方法是该领域技术人员亟需解决的核心问题之一。
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种基于折射定律的鱼眼
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
3、一方面，提供了一种基于折射定律的鱼眼图像矫正方法，所述方法包括以下步骤：
4、s1、输入采集的含有畸变的鱼眼图像，所述鱼眼图像为rgb颜色空间图像；
5、s2、确定所述鱼眼图像的半径、中心点和有效范围，以及所述鱼眼图像相对于半径的成像焦距与成像距离；
6、s3、根据鱼眼镜头的几何模型和折射定律，构建入射角和折射角之间的几何关系模型；
7、s4、在图像平面上，根据入射角与折射角的比例，计算矫正后的像素坐标；
8、s5、利用双线性插值算法填充映射后鱼眼图像的空白像素区域；
9、s6、合并rgb三通道信息，输出畸变矫正后的鱼眼图像。
10、可选地，所述步骤s1中，将输入的鱼眼图像分解为r通道、g通道、b通道，分别进行计算处理。
11、可选地，所述步骤s2中，根据所述鱼眼图像的长和宽中的较小值确定所述鱼眼图像的半径r，进而确定所述鱼眼图像的中心点和有效范围，以及所述鱼眼图像相对于半径r的成像焦距f与成像距离h。
12、可选地，所述步骤s3具体包括：设展开后的鱼眼图像像素到中心点距离为rf，矫正后鱼眼图像像素到中心点距离为rp，鱼眼图像像素相对于法线的夹角为θ，物体实际位置相对于法线的夹角为；设鱼眼图像边缘像素相对于法线的角度为θ '，鱼眼镜头的最大显示角度为；
13、根据以下公式计算出鱼眼图像边缘像素相对于法线的角度的正弦为：
14、 (1)
15、沿鱼眼镜头的最大显示角度入射的光线，在折射后与鱼眼图像的边缘像素相对应，根据折射定律得出：
16、 (2)
17、其中，k为入射角与折射角的比值，∈[0, π/2)，θ∈[0, π/2)。
18、可选地，所述步骤s4具体包括：根据矫正后鱼眼图像像素相对于法线的夹角正弦sin()，确定输入的鱼眼图像像素相对于法线的夹角正弦sin(θ)，进而计算出输入的鱼眼图像像素到中心点距离rf：
19、 (3)
20、 (4)
21、其中为乘法符号，在鱼眼图像与矫正后鱼眼图像中建立以中心点为原点，水平方向为x轴的坐标系；设校正后鱼眼图像坐标为(i, j)的像素对应的输入鱼眼图像像素的坐标为(x, y)，像素(i, j)与原点(0, 0)连线相对于校正后鱼眼图像x轴的角度为μ；
22、根据角度μ与距离rf计算得出校正后像素坐标(i, j)对应的鱼眼图像像素坐标(x, y)：
23、 (5)
24、 (6)
25、 (7)
26、 (8)
27、通过几何模型和折射定律的结合，对鱼眼图像进行矫正。
28、可选地，所述步骤s5具体包括：分别对r通道、g通道、b通道的像素进行双线性插值并取整，填充映射后鱼眼图像的空白像素区域。
29、另一方面，提供了一种基于折射定律的鱼眼图像矫正系统，用于实现上述任一项所述的方法，所述系统包括：
30、输入模块，用于输入采集的含有畸变的鱼眼图像，所述鱼眼图像为rgb颜色空间图像；
31、确定模块，用于确定所述鱼眼图像的半径、中心点和有效范围，以及所述鱼眼图像相对于半径的成像焦距与成像距离；
32、构建模块，用于根据鱼眼镜头的几何模型和折射定律，构建入射角和折射角之间的几何关系模型；
33、计算模块，用于在图像平面上，根据入射角与折射角的比例，计算矫正后的像素坐标；
34、插值模块，用于利用双线性插值算法填充映射后鱼眼图像的空白像素区域；
35、输出模块，用于合并rgb三通道信息，输出畸变矫正后的鱼眼图像。
36、另一方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括：
37、处理器；
38、存储器，所述存储器上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器加载并执行时，实现如上述鱼眼图像矫正方法的步骤。
39、另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有程序代码，所述程序代码可被处理器调用执行如上述鱼眼图像矫正方法的步骤。
40、本专利技术提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
41、（1）本专利技术通过几何模型和折射定律的结合，对鱼眼自然图像进行精确矫正。利用入射角和折射角的关系，以确保矫正后的图像保真度高，有效解决传统方法中由于光学特性不同而导致的误差问题。
42、（2）本专利技术无需对每个鱼眼镜头进行单独标定和拟合，适用于各种鱼眼镜头成像系统，具有更广泛的适应性和更高的通用性。
43、（3）本专利技术算法简洁，易于实现，能够与现有图像处理系统无缝集成，以适用于全景摄影、虚拟现实、无人驾驶、安全监控等众多领域，具有广泛的应用前景。
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1.一种基于折射定律的鱼眼图像矫正方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的鱼眼图像矫正方法，其特征在于，所述步骤S1中，将输入的鱼眼图像分解为R通道、G通道、B通道，分别进行计算处理。
3.根据权利要求1所述的鱼眼图像矫正方法，其特征在于，所述步骤S2中，根据所述鱼眼图像的长和宽中的较小值确定所述鱼眼图像的半径R，进而确定所述鱼眼图像的中心点和有效范围，以及所述鱼眼图像相对于半径R的成像焦距f与成像距离h。
4.根据权利要求1所述的鱼眼图像矫正方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：设展开后的鱼眼图像像素到中心点距离为Rf，矫正后鱼眼图像像素到中心点距离为Rp，鱼眼图像像素相对于法线的夹角为θ，物体实际位置相对于法线的夹角为；设鱼眼图像边缘像素相对于法线的角度为θ '，鱼眼镜头的最大显示角度为；
5.根据权利要求1所述的鱼眼图像矫正方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：根据矫正后鱼眼图像像素相对于法线的夹角正弦sin()，确定输入的鱼眼图像像素相对于法线的夹角正弦sin(θ)，进而计算出输入的鱼眼图像像素到中心点
6.根据权利要求1所述的鱼眼图像矫正方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括：分别对R通道、G通道、B通道的像素进行双线性插值并取整，填充映射后鱼眼图像的空白像素区域。
7.一种基于折射定律的鱼眼图像矫正系统，所述系统用于实现如权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述系统包括：
8.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有程序代码，所述程序代码可被处理器调用执行如权利要求1至6中任一项所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于折射定律的鱼眼图像矫正方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的鱼眼图像矫正方法，其特征在于，所述步骤s1中，将输入的鱼眼图像分解为r通道、g通道、b通道，分别进行计算处理。
3.根据权利要求1所述的鱼眼图像矫正方法，其特征在于，所述步骤s2中，根据所述鱼眼图像的长和宽中的较小值确定所述鱼眼图像的半径r，进而确定所述鱼眼图像的中心点和有效范围，以及所述鱼眼图像相对于半径r的成像焦距f与成像距离h。
4.根据权利要求1所述的鱼眼图像矫正方法，其特征在于，所述步骤s3具体包括：设展开后的鱼眼图像像素到中心点距离为rf，矫正后鱼眼图像像素到中心点距离为rp，鱼眼图像像素相对于法线的夹角为θ，物体实际位置相对于法线的夹角为；设鱼眼图像边缘像素相对于法线的角度为θ '，鱼眼镜头的最大显示角度为；
【专利技术属性】
技术研发人员：庄培显，王宸宇，李擎，王宏，李江昀，张新恒，童俊杰，史浩杰，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：
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