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使用imatest軟件幫助校正畸變

瀏覽: 發布日期:2017-08-04

Imatest的測試卡和軟件可以幫助用戶測量和分析成像係統的特性和參數。很多時候,這些測試結果被用來作為圖像質量的度量,或者預測你拍攝圖像質量的極限水平。

有一些Imatest給出的測試結果,是可以用於圖像校正的。可直接用來糾正測量出的誤差。不必購買新的硬件,無需主觀判斷,有時候問題的解決方法可以是一個數學模型和簡單的計算。一旦你測量了Imatest的這些參數,你可以糾正他們,從而最大限度地減少(或完全去除)它們造成的影響。這通常是通過一個專用的圖像信號處理芯片(ISP)完成的,從原始傳感器數據RAW轉換成一幅合適的圖片。

在Imatest中,芭乐app污非正式地稱之為“閉環”,它完成了從測試相機到校正相機的循環(某種形式的調整)。

今天,芭乐app污要談談如何從Imatest中提取徑向畸變的測量數據,並用它們來校正相機的畸變(無需購買新的鏡頭)。

使用Imatest幫助校正畸變

 

使用Imatest幫助校正畸變

 

徑向幾何失真

幾何失真,用來的描述圖像的扭曲形狀,與相機真正遵循一個簡單的針孔相機模型成像情況進行對比。(因此,芭乐app下载不是在這裏談論透視失真)。最明顯的效果是,場景中的直線彎曲成圖像中的曲線。

幾何失真並不總是件壞事——有時也會為藝術效果選擇曲線鏡頭,或使用廣角鏡頭時忽略畸變,因為這就是欣賞者期望看到的情況。然而,用戶的研究表明,大多數觀眾對每天看到的圖片的畸變程度,主觀接受度是有限的。

特征化(和校正)幾何失真是許多應用場景所需要的,比如在三維空間中定位一個點,對於計算機視覺或交多張圖像拚接在一起的VR應用等等,都需要精確的校正。

這種幾何失真幾乎總是由於鏡頭的設計和結構帶來的,它通常被建模為(1)純徑向和(2)徑向對稱。

純徑向畸變意味著無論在像場中的哪一個點,唯一決定畸變的因素是,它離圖像的中心有多遠。(為了簡單起見,芭乐app污在此假定圖像的中心是係統的光學中心,盡管這通常是需要提前測量的。)假設幾何失真是徑向的,可以減少問題的複雜性。因為無需考慮二維圖像的兩個維度(x和y表示在每個像素的位置),芭乐app下载安装导航隻需要確定一個維度(半徑方向的位移)。

通過使用SFRPlus,Checkboard,或Dot Pattern模塊,Imatest可以從一幅拍攝過的測試卡圖片來測量相機係統的徑向失真。

Imatest中的畸變係數

Imatest可以返回兩種不同類型徑向畸變的描述。這兩種畸變都是用多項式近似的失真函數描述的,但這兩個多項式代表不同的東西。在許多情況下,它們在功能上是相同的,並且可以從一種形式轉換為另一種形式。(為簡單起見,芭乐app污忽略了這裏Imatest提供和標注的tan/arctan 逼近值)

芭乐app下载安装作如下定義:

* rd是一個點的畸變半徑,也就是它到圖像中心的距離
* ru是一個點未畸變的半徑,在未畸變的圖像中它到圖像中心的距離

* 函數rd=f(ru)被稱為正向變換因為它采用了一個未畸變的半徑值,並把它轉     化為一個畸變的半徑。也就是說,它適用於鏡頭發生畸變的點。

* 函數ru=f−1(rd)被稱為反向變換,是為了與正向變換進行對比,它校正了鏡  頭的畸變值

* P(⋅)表示一個多項式函數

SFRplus和Checkboard模塊會返回描述糾正畸變的反向變換後的畸變係數,ru=f-1(rd),下方為Rescharts模塊的分析結果:

使用Imatest幫助校正畸變

Imatest畸變分析結果

 

Dot Pattern模塊返回一個不同參數的徑向畸變的多項式的係數,稱為局部幾何失真(LGD),或有時也稱為光學畸變。以下是基於ISO 17850和CPIQ標準給出的測試結果。

Imatest畸變分析結果

基於CPIQ的畸變分析結果

LGD被定義為相對於真實誤差的徑向誤差,為百分比(即乘以100):

LGD=100*(rd-ru)/ru

通過將LGD考慮為一個相對畸變圖像半徑的多項式函數,P(rd),芭乐app下载安装导航可以重新安排這個方程式的兩邊產生更有用的方程,有理多項式的畸變校正反向變換形式。因此,點狀圖結果可以向SFRplus/Checkboard那樣用同樣的方法(雖然芭乐app污會用規則的多項式擬合近似代碼示例直接取代有理多項)。

                                          ru=rd/(P(rd)/100+1)=f-1(rd)

通過再采樣畸變校正

圖像傳感器的像素陣列基本上是一個規則間隔的網格光照取樣。然而,光落在上麵的模式已經被鏡頭扭曲了,因此當傳感器定期地對光進行采樣時,這些光在進入鏡頭之前就不是有效的光照樣本了。芭乐app污的補救方案可以描述如下:

芭乐app下载安装創建一個新的無失真,規則間隔的網格(一個新的像素陣列)。在每一個“虛擬傳感器”像素的位置,芭乐app污重新從所觀察到的圖像采樣圖像數據,在該圖像中的這個位置,傳感器像素已經進行了失真預測。因此,畸變圖像被用網格重新采樣,它經曆了相同的畸變,但采樣結果會再次有規律的展現間隔-有效地消除失真。說明如下:

每個上層的網格線的交點代表了芭乐app下载生成的像素位置,在未畸變圖像中(像素的在芭乐app下载安装导航的“虛擬傳感器”的位置)。顯然,芭乐app下载安装导航在此已經減少了“像素”來增加易讀性。圖像的下部代表畸變圖像,當網格被扭曲後,采樣網格覆蓋在其上。上麵的規則間隔的陣列位置將被用從下方畸變圖像的不規則采樣數據填充,如所示的扭曲的網格交點位置。

為了看的更明顯,紅色箭頭從上麵圖像的網格交點下降到下麵圖像中相應的網格交點。這些可對比結束位置的藍色箭頭,表明這是否有像素取樣不失真。(很明顯,如果像素取樣位置沒有畸變,即使用了藍色箭頭位置,那麽輸出圖像將規則的從畸變的圖像采樣,本身也會畸變。)

畸變與未畸變的位置對應

畸變與未畸變的位置對應

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