[发明专利]一种基于显性与隐性线段检测的平面文档图像透视矫正方法

摘要

本发明涉及一种基于显性与隐性线段检测的平面文档图像透视矫正方法，本发明通过将获取的透视畸变图像变换为灰度图像，并提取灰度图像的显性线段或者隐性线段、以及相应线段的端点坐标，建立透视图像畸变复原模型，并通过将线段的两端点坐标引入代价函数，并通过LM算法估算出相机焦距f及其旋转角度θ，得到单应变换矩阵H‑1，最终通过单应变换实现图像透视畸变矫正，本发明成像时无需固定相机，进一步提高了相机与被拍摄对象之间的距离角度的自由度，并且不需要再针对相机与被拍摄物体建立复杂的空间几何关系，简化了数学模型；另外，不需要估计出灭点的坐标位置，直接通过图像内在的几何线统计特性来实现透视单应矩阵的估计，进一步简化了计算过程。

主权项

一种基于显性与隐性线段检测的平面文档图像透视矫正方法，包括以下步骤：S1)、通过相机采集纸质文档图片作为透视畸变图像；S2)、获取透视畸变图像的宽w和高h，通过灰度变换将透视畸变图像变换为单通道的灰度图像；S3)、通过LSD(Line Segment Detection)梯度聚类算法提取灰度图像内部的所有显性线段，并记录相应显性线段两端点的坐标，并用齐次坐标表示，若提取的显性线段数量小于4，或者不存在显性线段数，则通过自适应局部连接图(ALCM)提取文本行的隐性线段，并记录相应隐性线段的两端点的坐标，并用齐次坐标表示，如果显性线段的数量大于4，则无需再提取隐性线段，并将提取的显性线段或隐性线段存储到线段集合L＝{l1,l2,....li}中，其中，li＝{pi,qi}，pi、qi为线段li两端点的坐标；S4)、对步骤S3)中提取的显性线段或隐形线段进行长度、斜率的筛选，若线段长度满足L＝{li|li≥5}，以及斜率满足则保留该线段，否则删除该线段；S5)、根据透视畸变复原图像上任意一像素点b′＝[x′,y′,0]T与其透视畸变图像上对应的像素点b＝[x,y]T满足单应变换，具体如下：λxy1=λxλyλ=KR[I3×3|-t]x′y′01=K[Re1Re2-Rt]x′y′1=Hx′y′1,]]>从而得到透视畸变复原图像到透视畸变图像的单应变换矩阵H，即：H＝KR[e1 e2 ‑t]＝KR{I‑(t+e3)e3T}，其中，λ为齐次坐标点归一化系数，为相机内部参数矩阵，R∈SO(3)为旋转矩阵，为相机姿态矩阵，t＝[0 0 ‑max(w,h)]T,为平移向量，I为3阶单位矩阵，T为矩阵转置，f为相机焦距，e1、e2、e3为坐标系中X、Y、Z轴的单位向量；S6)、通过变换得到单应变换矩阵H的逆矩阵该逆矩阵H‑1表示从透视畸变图像到透视畸变复原图像的变换关系；S7)、将线段li的两端点坐标pi、qi引入代价函数，并通过LM(Levenberg‑Marquardt)算法估算出相机焦距f及其在三维空间中的旋转角度θ＝[θ1 θ2 θ3]，从而得到单应变换矩阵H的逆矩阵H‑1，最终得到畸变图像复原模型：x′y′1=H-1xy1,]]>其中，代价函数的表达式具体为：(θ^,f^)=argminθ,fΣ(pi,qi)∈LW(pi,qi)×diμ2(H-1pi,H-1qi)+η[max(a,f)min(a,f)-1]2,]]>式中，归一化的线段权重，pi＝(pi1,pi2,pi3)T，qi＝(qi1,qi2,qi3)T为线段li两端点的齐次坐标，diμ(pi,qi)＝min(|pi1/pi3‑qi1/qi3|,|pi2/pi3‑qi2/qi3|)表示表示线段在图像坐标系中在X轴或Y轴方向的最小投影长度，η为平衡两项设置的权重，a＝max(w,h)，w、h分别为图像的宽度与高度。