[发明专利]一种基于坐标转换的图像扭曲处理方法

说明书

本发明涉及一种基于坐标转换的图像扭曲处理方法，通过匹配点和正向变换计算出逆映射，其中匹配点是通过相机和采样平面选定的点，正向变换为图像从输入空间到输出空间的变换，正向变换为已知的，逆映射为图像从输出空间到输入空间的变换；求得逆映射后，通过逆映射将图像从输入空间变换至输出空间。本发明的方法简单、直观，可避免在冗长复杂的运算工程中出错以影响测量精度，属于数字图像处理与计算机视觉领域。

技术领域

本发明涉及数字图像处理与计算机视觉领域，尤其涉及一种基于坐标转换的图像扭曲处理方法。

背景技术

图像扭曲就是改变图像外观的一个过程，其结果就是改变了原始图像中像素的位置。最简单的图像扭曲操作是水平移位，向左或向右移动1个、2个或是n个像素的位置。然而，当同时在横纵两个方向上进行小数移位而不是整数移位时，情况有所不同。此时，像素新的位置不会落到一个图形的整数格位置上。因此，它的新值不得不进行某种方式的插值来适应任意新位置。出现这种情况通常发生在当对输入图像进行几何变换时，例如旋转、平移、缩放和射影变换。图像扭曲系统包括坐标变换和像素插值两部分，其中，扭曲模块由正向和逆向扭曲操作组成。

坐标变换模块负责在源坐标系和目标坐标系间像素坐标的映射。对于此模块，本发明提出逆向扭曲方案，坐标变换总是进行逆坐标映射，即输出(已变形)空间向输入(原始)空间，这意味着需要知道逆变换的参数。然而，一般正向变换是已知的，在这种情况下逆映射需要被计算出来的。故本发明提出用匹配点确定坐标变换，此方法可被用来评估变换的线性参数，即变换是否能被写成线性方程组的形式，其中方程的数目大于等于未知参数的数目，此方法可用于弹性立体匹配，根据视差图进行扭曲变换，然后与原始图像进行对比，可避免在冗长复杂的运算工程中出错以影响测量精度，并在尺度空间中被反复使用。

发明内容

针对现有技术中存在的计算复杂、验证困难等技术问题，本发明的目的是：提供一种简单、直观的基于坐标转换的图像扭曲处理方法。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于坐标转换的图像扭曲处理方法，通过匹配点和正向变换计算出逆映射，其中匹配点是通过相机和采样平面选定的点，正向变换为图像从输入空间到输出空间的变换，正向变换为已知的，逆映射为图像从输出空间到输入空间的变换；求得逆映射后，通过逆映射将图像从输入空间变换至输出空间。本发明提出逆变换的方法，可以避免正变换情况下，输入图像由于映射后区域可能重叠，导致输出图像产生空洞，即正变换中对输入图像中的一些不同点，经过扭曲变换，映射到输出图像中同一个点，然而，它们原本都有不同的值，因此使用正变换的方法时我们需要将这些值存储至累加器以被后续的插值阶段使用，因此本专利方法更为的简单、直观。

作为一种优选，一种基于坐标转换的图像扭曲处理方法，包括如下步骤：(1)固定采样平面与相机的相对位置；(2)建立相机坐标系；(3)选取匹配点对采样平面进行标定；(4)对测得坐标进行逆扭曲变换得到基本映射；(5)由匹配点确定线性变换；(6)构建向量范数L₂,即欧几里得距离；(7)构建函数E(x)求得满足向量范数L₂最小化的解x₀，通过x₀计算出逆映射。

作为一种优选，步骤(1)中，为了保证采样平面和相机在标定和测量过程中的相对位置不变，通过安装支架将采样平面与相机刚性绑定在一起；相机和采样平面的位置关系要保证相机在视场范围的合适角度内能观测到采样平面。

作为一种优选，(2)中，取相机中心为坐标系原点，以相机光轴为Z轴成像面的水平方向为X轴，成像面的竖直方向为Y轴，其中Z轴垂直于采样平面，并过采样面的中心。

作为一种优选，步骤(3)中，在采样平面上选取3个匹配点，并利用仿射变换。

作为一种优选，步骤(3)中，仿射变换只需要六个参数，被写成