基于棱镜的折射成像畸变校正技术研究

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随着计算机技术的快速发展,应用计算机技术进行的立体视觉技术也是研究的热门并且其应用十分广泛。利用立体视觉技术在工业测绘、控制定位、精确导航等方面具有很高的应用价值。常用的立体视觉设备是采用多个摄像机同时对空间中的物体进行图像采集,分析多幅图的图像信息进行确定,进而得到该物体的空间信息,然后进行后续的匹配、重建等步骤。然而,由于使用多个摄像机进行立体视觉实验,在成本上相对较高,同时多个相机会的占据空间较大,不利于小型设备比如手术导航、航空成像设备等需要小型化的要求。另外,对多个相机进行标定的过程也较为繁复,使得标定的精度难以得到控制。  为了解决这些常见立体视觉系统的不利因素,本文引入了棱镜,通过棱镜的折射作用,仅仅使用一台摄像机就能够拍摄到相当于两台摄像机拍摄的图像,进而从图像中获得所拍摄物体的空间位置信息。因为基于棱镜的单目立体视觉测量系统在结构上的优越性,近年来,国内外多家研究单位针对系统集成方式、图像畸变和模型精度等方面开展了深入研究。在物点畸变模型的推导过程中,相机的内、外参数是需要确定的,这里需要进行相机的标定工作。当前常用的相机标定都是针对与多相机立体视觉的,而本文所提到的基于棱镜的单相机立体视觉系统的标定方法是针对一台相机进行的,相应地会简化了相机标定过程,进而增加了相机标定的精度。  在使用摄像机对物体进行拍摄的过程中,由于相机镜头工艺或者相机型号的原因,难免会由于导致所拍摄的图像发生畸变。当前市场上性能优异的镜头大多采用自由曲面光学元件,许多公司的产品已达到极低的畸变率有的相机产品的畸变率可以降低到1%以内。然而,在畸变率极低的镜头前加上棱镜后会使得所拍摄的物体在成像上产生一定的畸变,这部分畸变是由于棱镜的导致的,本文首先介绍了针对实际用途所选择的棱镜的参数,通过几何光学的数学关系推出图像上物点畸变的表达式,通过对畸变表达式对物点进行重投影来进行校正。经过实验,本文所提及的方法能使得图像在较低畸变率的参数下成像,进而实现了对由于棱镜导致的畸变的校正工作。
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