JP2006010613A - Correcting method of image distortion - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、カメラによって撮影され、デジタルデータ化された画像の歪みを補正する方法、特にカメラのレンズの歪曲収差に起因する歪みの補正に関する。なお、本発明における画像とは、デジタルスチルカメラ及びデジタルビデオカメラの撮影によって取得されるデジタルデータ画像のみならず、光学スチルカメラ及び光学ビデオカメラによって撮影された写真や映像がデジタルデータ化された画像も含むものとする。 The present invention relates to a method of correcting distortion of an image photographed by a camera and converted into digital data, and more particularly to correction of distortion caused by distortion aberration of a camera lens. Note that the image in the present invention is not only a digital data image obtained by photographing with a digital still camera and a digital video camera, but also an image in which photographs and videos taken by an optical still camera and an optical video camera are converted into digital data. Shall also be included.
近年、デジタルカメラによって撮影された画像のデータを処理解析することにより、被写体の寸法を計測したり、物体や人物を照合する技術が開発されている。デジタルカメラを用いれば、直接計測できない物体の長さ等を安全且つ迅速に計測することが可能であり、また、照合等の技術分野においては、従来であれば人力に頼り、手間を要していた照合作業が自動化されるため、極めて短時間で結果を得ることが可能である。 2. Description of the Related Art In recent years, techniques for measuring the size of a subject or collating an object or a person by processing and analyzing data of an image captured by a digital camera have been developed. Using a digital camera, it is possible to safely and quickly measure the length of an object that cannot be directly measured, and in the technical field such as collation, it has traditionally relied on human power and required labor. Since the matching operation is automated, a result can be obtained in a very short time.
しかし、カメラによって撮影された画像を用いて上記のような解析を行う場合、カメラのレンズに存在する歪みが問題となる。レンズに歪みが存在すれば、レンズを通して撮影された画像は、実際の被写体と相似形にはならず、歪みを有してしまう。この歪みの主要な原因として、ディストーションとも呼ばれるレンズの歪曲収差があり、これは、レンズ中心部よりもレンズの周辺部分において歪みが大きくなる傾向を有する。レンズに歪曲収差があると、撮影された画像における被写体の像が現実の被写体の像の形状と異なるため、長さ等の数値や正しい解析結果を得ることができなくなる。特に、ある対象に対して画像照合を行う場合には、人間の目では明らかに同一又は異なると判断可能な程度のごく僅かな程度にしか画像の歪みや画素位置のずれが存在しなかったとしても、コンピュータに自動的に異同識別を行わせる時には、識別を誤らせることになり、不都合である。従って、この歪曲収差は可能な限り補正され、除去されることが望ましい。 However, when the above analysis is performed using an image photographed by a camera, distortion existing in the camera lens becomes a problem. If there is distortion in the lens, the image taken through the lens will not be similar to the actual subject and will have distortion. The main cause of this distortion is the distortion of the lens, also called distortion, which tends to be greater at the periphery of the lens than at the center of the lens. If the lens has distortion, the image of the subject in the captured image is different from the shape of the actual image of the subject, so that it is impossible to obtain a numerical value such as a length or a correct analysis result. In particular, when image matching is performed on a certain target, it is assumed that image distortion and pixel position deviation exist only to a very small extent that can be clearly judged to be the same or different by the human eye. However, it is inconvenient if the computer automatically identifies the difference. Therefore, it is desirable that this distortion is corrected and removed as much as possible.
歪曲収差を除去するためには、歪曲収差の小さなレンズを使用すればよいが、このようなレンズは高価であるという問題がある。または、複数枚のレンズ構成とすることにより、歪曲収差を補正することも可能である。しかし、これには単レンズのカメラと比較して高価になるだけでなく、サイズや重量が増加してしまうという問題がある。 In order to remove the distortion, a lens having a small distortion may be used. However, such a lens has a problem that it is expensive. Alternatively, it is possible to correct distortion by using a plurality of lens configurations. However, this is not only expensive as compared with a single lens camera, but also increases the size and weight.
そこで、カメラによって撮影され、デジタルデータとしてとして取得された画像が、歪みの存在しない、現実の被写体と相似形である理想画像となるように画像処理をし、歪曲収差を補正する技術が開発されてきた。この画像処理による歪曲収差補正は、一般に、複数の格子点や多角形の頂点等の点に基づき、レンズ固有の歪み特性を表す歪曲収差補正式を得て行う。このような補正式の一例として、非特許文献1では、ピンホールカメラモデルを用い、歪み補正を幾何学変換と考えて得る補正式が提案されている。
Therefore, a technology has been developed that corrects distortion by performing image processing so that an image captured by a camera and acquired as digital data becomes an ideal image that is similar to an actual subject without distortion. I came. This distortion correction by image processing is generally performed by obtaining a distortion aberration correction expression representing distortion characteristics specific to a lens based on a plurality of points such as a plurality of lattice points and polygonal vertices. As an example of such a correction formula, Non-Patent
従来の補正方法の例として、特許文献1では、像計測における計測精度を向上させることを目的とする、歪曲収差の補正方法に関する技術が開示されている。座標値が既知である複数のターゲットマークが表示されたキャリブレーション板をデジタルカメラにより撮影し、撮影画像の計測座標値と、既知である座標値とに基づいて多次元補正式を求め、補正を行う。
As an example of a conventional correction method,
格子点や多角形の頂点等の座標値に基づいて歪曲補正式を得る場合には、歪みが存在しないとする補正後の理想座標値の設定が重要である。この理想座標値が適切に決定されるならば、適切な補正式を得ることができる。 When obtaining a distortion correction formula based on coordinate values such as lattice points and polygon vertices, it is important to set an ideal coordinate value after correction that there is no distortion. If this ideal coordinate value is appropriately determined, an appropriate correction formula can be obtained.
上記特許文献1では、ターゲットマークの座標値が既知であるとしている。しかし、ターゲットマークを撮影した後、撮像画面上の像高計測値と実測に基づく像高座標値とを比較する時に、これらの値は同一の座標系においてでなければ比較することができないため、画素単位で得られる撮影画面上の像高計測値を実際の長さに、またはその逆に変換しなければならない。この変換は、例えば、撮影画面のターゲットマークを構成する画素数と、既知の座標値との関係に基づいて行われるが、撮影画面には歪みが存在しているため、撮影画像の座標値を実測の座標系へ換算する時に誤差が含まれてしまう。
In
そこで、本発明が解決しようとする課題は、複雑な装置を用いることなく理想の座標値を適切に設定し、歪曲収差補正を高精度で行うことを可能とする画像の歪み補正方法を提供することである。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide an image distortion correction method capable of appropriately setting ideal coordinate values and performing distortion aberration correction with high accuracy without using a complicated apparatus. That is.
上記課題を解決するために、本願発明者は歪曲収差の特性について詳細に検討した結果、撮影される画像において歪曲収差が最も小さい部分となる、歪曲補正図の中央に配置される中心円の径を基準とすることにより、等間隔で配置された各格子点の理想の位置を適切に決定し、歪み補正を高精度で行うことに想到した。 In order to solve the above-mentioned problem, the inventor of the present application has examined the characteristics of distortion aberration in detail, and as a result, the diameter of the center circle arranged at the center of the distortion correction diagram, which is the smallest distortion portion in the captured image. As a reference, it was conceived that the ideal position of each lattice point arranged at equal intervals is appropriately determined, and distortion correction is performed with high accuracy.
このような考察に基づいてなされた本発明に係る画像の歪み補正方法は、等間隔に配置される複数の格子点及び、中央に配置され該格子点よりも大きい中心円を有する歪曲補正図をカメラで撮影することにより実写歪曲補正画像を取得し、該実写歪曲補正画像において、実写中心円の直径及び各実写格子点の重心位置を取得し、該中心円の直径と該格子点間隔との比に基づき各格子点の理想重心位置を決定し、該重心位置及び該理想重心位置に基づき補正式を求め、該補正式に基づき画像の歪みを補正することを特徴とする。 An image distortion correction method according to the present invention made based on such considerations includes a distortion correction diagram having a plurality of grid points arranged at equal intervals and a center circle arranged at the center and larger than the grid points. A live-action distortion correction image is obtained by photographing with a camera, and in the real-life distortion correction image, the diameter of the real-shot center circle and the barycentric position of each real-shot grid point are obtained, and the diameter of the center circle and the lattice point interval are obtained. An ideal centroid position of each grid point is determined based on the ratio, a correction formula is obtained based on the centroid position and the ideal centroid position, and image distortion is corrected based on the correction formula.
ここにおいて、上記実写歪曲補正画像において中心円の面積を求め、この面積により該中心円の直径を得てもよい。この場合、円の直径をより高精度で得ることができる。 In this case, the area of the center circle may be obtained in the above-described real-image distortion corrected image, and the diameter of the center circle may be obtained from this area. In this case, the diameter of the circle can be obtained with higher accuracy.
また、本発明においては、非特許文献1で提案されている以下の数式1〜数式4に基づき、歪み補正前の画像における画素の座標(x,y)から歪み補正後の座標(x0,y0)を下記数式1乃至数式4によって求めることにより、画像の歪曲補正を行うことができる。
F:レンズの焦点距離
θ:レンズの中心点と補正前の画素の座標を結ぶ直線が光軸となす角度
θ0:レンズの中心点と補正後の画素の座標を結ぶ直線が光軸となす角度
A、B:パラメータ
Further, in the present invention, based on the following
F: Lens focal length θ: Angle that the straight line connecting the center point of the lens and the coordinates of the pixel before correction is the optical axis θ 0 : Straight line connecting the center point of the lens and the coordinates of the corrected pixel is the optical axis angle
A, B: Parameter
上記数式1〜4について、ピンホールカメラのモデル図である図3に基づき説明する。Cはピンホールカメラのピンホール点であり、Pは三次元空間での物点である。Pd、P0はそれぞれ、実写であり歪みがある場合と、理想であり歪みがない場合のPの結像点であり、それらと光軸(Z軸)となす角度をθ及びθ0とする。そして、レンズの歪曲収差を数式1の多項式でモデル化し、歪曲補正式とする。また、数式2〜4は図3に描かれたモデル図の幾何学的特徴によって明らかに成立する関係式である。すなわち、数式1〜4において、数式1のパラメータA及びBが決定されれば、歪曲補正式を得ることができる。この二個のパラメータの求め方については後述する。
数式1〜4を用い、次のようにして画像の歪曲補正を行う。まず、歪曲収差を有する画像において、ある画素の座標が(x,y)であるとき、これらx、yを数式2に代入し、θを得る。このθを数式1に代入すれば、θ0の値が求まる。そして、このθ0及びx、yの値を数式3、4にそれぞれ代入することにより、補正後の座標である(x0,y0)が決定される。この操作を画像の全画素に関して行うことにより、歪曲収差が補正された画像を得ることができる。
Using
また本発明では、補正式として、数式5により与えられる光学歪みT及びH0に基づき決定される多次元式を用いることもできる。
なお、本発明に係る歪み補正は、レンズが光軸に関して軸対称であり、同様に歪曲収差も光軸に対称であると仮定する。すなわち、歪曲収差は中心からの距離に依存するものとする。 In the distortion correction according to the present invention, it is assumed that the lens is axially symmetric with respect to the optical axis, and the distortion is also symmetric with respect to the optical axis. That is, the distortion aberration depends on the distance from the center.
本発明に係る画像の歪み補正方法によれば、簡便に適切な理想格子点の位置を設定することができ、画像の歪み補正を高精度で行うことができる。 According to the image distortion correction method of the present invention, it is possible to easily set an appropriate ideal lattice point position, and to perform image distortion correction with high accuracy.
以下、本発明に係る画像の歪み補正方法に関して説明を行う。なお、本発明では、歪曲補正図を撮影して得られるデータである画像を実写歪曲補正画像とし、実写歪曲補正画像における中心円を実写中心円、格子点を実写格子点と呼ぶ。また、補正後の歪みがない理想画像における中心円を理想中心円、格子点を理想格子点と呼ぶ。 Hereinafter, an image distortion correction method according to the present invention will be described. In the present invention, an image, which is data obtained by photographing a distortion correction diagram, is referred to as a live-action distortion correction image, a center circle in the real-life distortion correction image is referred to as a live-action center circle, and a lattice point is referred to as a live-action lattice point. A center circle in an ideal image without distortion after correction is referred to as an ideal center circle, and a lattice point is referred to as an ideal lattice point.
まず、歪曲補正図について説明する。図1は本発明に係る歪曲補正図の一例である。この歪曲補正図1には、等間隔に配置された複数の格子点P11、P12、…と、図全体の中央に配置された一個の中心円P0が描かれる。また、中心円P0の直径dpと、各格子点の中心を結ぶ格子点間隔とが、所定の比を有している。図1の歪曲補正図1では中心円P0の直径dpがa、格子点間隔が2aであり、これらの比は1:2である。 First, the distortion correction diagram will be described. FIG. 1 is an example of a distortion correction diagram according to the present invention. In this distortion correction FIG. 1, a plurality of lattice points P 11 , P 12 ,... Arranged at equal intervals and one central circle P 0 arranged at the center of the entire figure are drawn. Further, the diameter d p of the center circle P 0 and the lattice point interval connecting the centers of the lattice points have a predetermined ratio. In the distortion correction FIG. 1 of FIG. 1, the diameter d p of the center circle P 0 is a, the lattice point interval is 2a, and the ratio thereof is 1: 2.
格子点は、所定の面積を有する点である。すなわち、データとして取り込まれた実写格子点の各点は、ある領域を持った複数の画素により構成される。そこで本発明では、このような格子点を点として扱うために、格子点を形成する複数の画素の重心を格子点の位置とする。また、格子点は大きくなると歪みを多く含むことになるため、実写歪曲補正画像において重心位置を取得することが可能な程度の大きさとする。例えば、画像全体の大きさが480×640画素の場合、実写格子点が60〜100画素で構成される程度が好適である。また、歪曲補正図に含まれる格子点の数は、多いほど補正の精度が向上するが、同時に演算時間が増加するため、画像データの大きさや、処理装置の能力等に応じて適宜決定する。 A lattice point is a point having a predetermined area. That is, each point of the live-action grid point captured as data is composed of a plurality of pixels having a certain area. Therefore, in the present invention, in order to treat such a lattice point as a point, the center of gravity of a plurality of pixels forming the lattice point is set as the position of the lattice point. In addition, since the lattice point includes a lot of distortion as it becomes larger, the lattice point is set to a size that allows the position of the center of gravity to be acquired in the actual image distortion correction image. For example, when the size of the entire image is 480 × 640 pixels, it is preferable that the actual shooting grid point is composed of 60 to 100 pixels. Further, although the accuracy of correction increases as the number of lattice points included in the distortion correction diagram increases, the calculation time increases at the same time.
中心円P0は、格子点よりも大きい円であるが、小さすぎると実写中心円の直径を取得する精度が低下してしまう。しかし反対に、大きくなるとともに、レンズの中央から周辺に向かって大きくなる歪曲収差をその内部に含むことになる。そのため、中心円P0は実写歪曲補正画像からその直径や面積を精度良く測定でき、且つ内部にほとんど歪みを含まない大きさとする。 The center circle P 0 is a circle larger than the lattice point. However, if the center circle P 0 is too small, the accuracy of obtaining the diameter of the actual photograph center circle is lowered. However, on the contrary, the distortion increases and increases from the center to the periphery of the lens. For this reason, the center circle P 0 has a size that can accurately measure the diameter and area of the real-image distortion-corrected image and that hardly includes distortion inside.
画素の値が二値であるデジタル画像の場合には、上記の中心円P0の大きさを適切に決定するために、例えば次のような方法を用いることができる。まず、デジタル画像上の擬似的な円であるデジタル円を考え、そのデジタル円において最も中心に近い画素から最外の画素までの画素数をデジタル半径とする。一方、その円を構成する画素数をその円のデジタル面積とし、このデジタル面積に基づき半径を逆算する。そして、これら二つの半径の差の絶対値を求め、誤差を得る。一例として、デジタル半径が3のデジタル円の場合、デジタル面積は29となる。このデジタル面積の値をπで除し、正の平方根を取ることにより半径を求めると、約3.038となる。従って、誤差は0.038となる。このようにして様々なデジタル半径について誤差を求め、その各値をある一定の画素数に対する相対的な誤差である換算誤差に置き換えると、この換算誤差はデジタル円の径(すなわち面積)が大きくなるにつれて徐々に小さくなる。これは、実写歪曲補正画像上で円の面積が大きくなるとともに、その面積に基づいて取得される径の値の精度が上昇することを意味する。そして、換算誤差が1.0未満のとき、デジタル画像上では画素の値は変化しないため、その誤差は検出されない。そこで、歪曲補正図の中心円P0の大きさを、実写歪曲補正画像において上記の換算誤差が1.0未満となるような画素数を有する大きさとする。例えば、画像全体が480×640画素の大きさである場合、中心円P0が3000画素(半径は約30画素)で構成される程度の大きさが好適である。 In the case of digital image values of a pixel is binary, in order to properly determine the size of the center circle P 0 described above, it is possible to use, for example, the following method. First, a digital circle which is a pseudo circle on a digital image is considered, and the number of pixels from the pixel closest to the center to the outermost pixel in the digital circle is defined as a digital radius. On the other hand, the number of pixels constituting the circle is defined as the digital area of the circle, and the radius is calculated backward based on the digital area. Then, an absolute value of a difference between these two radii is obtained to obtain an error. As an example, for a digital circle with a digital radius of 3, the digital area is 29. Dividing the value of this digital area by π and taking the positive square root gives the radius of about 3.038. Therefore, the error is 0.038. When errors are obtained for various digital radii in this way and each value is replaced with a conversion error that is a relative error with respect to a certain number of pixels, the conversion error increases the diameter (ie, area) of the digital circle. It gradually becomes smaller as it goes. This means that the area of the circle on the actual image distortion corrected image is increased, and the accuracy of the diameter value acquired based on the area is increased. When the conversion error is less than 1.0, since the pixel value does not change on the digital image, the error is not detected. Therefore, the size of the center circle P 0 in the distortion correction diagram is set to a size having a number of pixels such that the conversion error is less than 1.0 in the actual image distortion correction image. For example, when the entire image is 480 × 640 pixels, it is preferable that the center circle P 0 is composed of 3000 pixels (radius is about 30 pixels).
また、本発明に係る補正は、歪曲収差が光軸に関して軸対称であることを前提としているため、レンズの中心からの距離が等しい点における歪曲収差は等しい。それで、歪曲補正図において、中心円P0の中心が全格子点の回転対称の中心となる位置に配置された場合、歪曲補正画像において歪曲収差が異なる格子点は、一つの象限内及びその象限を形成する軸上に配置されるもののうち、中心円P0の中心からの距離が異なる格子点のみに限られてしまう。そこで、歪曲補正図に描かれた格子点のうち、より多くの格子点を解析の対象とするためには、中心円P0の中心が全格子点の回転対称の中心とならないように、すなわち、全格子点の中心と中心円P0の中心が一致しないように、全格子点を平行移動する。 Further, since the correction according to the present invention is based on the premise that the distortion is axially symmetric with respect to the optical axis, the distortion at the same distance from the center of the lens is equal. Therefore, in the distortion correction diagram, when the center of the center circle P 0 is arranged at a position that is the center of rotational symmetry of all the lattice points, the lattice points having different distortion aberrations in the distortion correction image are within one quadrant and the quadrant thereof. Is limited to only the lattice points having different distances from the center of the central circle P 0 . Therefore, in order to analyze more lattice points among the lattice points drawn in the distortion correction diagram, the center of the central circle P 0 is not the center of rotational symmetry of all lattice points, that is, All the lattice points are translated so that the centers of all the lattice points and the center of the center circle P 0 do not coincide.
そして、上記のように構成された歪曲補正図をカメラで撮影する。このとき歪曲補正図がカメラに対して垂直でなければ、実写歪曲補正画像において格子点の配置が等間隔でなくなるので、カメラのレンズの光軸と、カメラの正面に配置される歪曲補正図の中央(つまり、中心円P0の中心)から立てた法線が一致するように調整を行い、その後撮影を行う。この調整方法の一例として、歪曲補正図に対して垂直に配置したレールの上にカメラを設置し、歪曲補正図に対してカメラを前後に移動させつつ中心円を複数回撮影し、その撮影された画像における円の縦方向の長さ及び横方向の長さの比が常に1:1に保持されるように、歪曲補正図もしくはレールの角度を調節するという方法を用いることができる。 And the distortion correction figure comprised as mentioned above is image | photographed with a camera. At this time, if the distortion correction diagram is not perpendicular to the camera, the arrangement of the lattice points in the live-action distortion correction image is not evenly spaced, so the optical axis of the camera lens and the distortion correction diagram arranged in front of the camera Adjustment is performed so that the normals set from the center (that is, the center of the center circle P 0 ) coincide with each other, and then photographing is performed. As an example of this adjustment method, a camera is installed on a rail arranged perpendicular to the distortion correction diagram, and the center circle is photographed multiple times while moving the camera back and forth with respect to the distortion correction diagram. It is possible to use a distortion correction diagram or a method of adjusting the angle of the rail so that the ratio of the length in the vertical direction and the length in the horizontal direction in the image is always kept at 1: 1.
さらに、レンズの光学設計の中心とCCD等の受光素子の中心が一致していないことがあるので、ここで、実写中心円の重心が座標系の原点となるように画像全体を平行移動し、実写歪曲補正画像の座標を補正する。 Furthermore, since the center of the optical design of the lens and the center of the light receiving element such as a CCD may not coincide with each other, the entire image is translated in such a way that the center of gravity of the live-action center circle becomes the origin of the coordinate system, Correct the coordinates of the real image distortion correction image.
こうして座標系が適切に補正された実写歪曲補正画像において、実写中心円D0の直径dD及び実写格子点P11、P12、…の重心座標を求める。この直径は、実写中心円D0の面積に基づき算出してもよい。実写中心円D0の面積を円周率で除した値の正の平方根を取り、それを2倍すれば、円の直径を得ることができる。この場合、直径値に含まれる誤差は、画像から直接直径値を取得する場合の誤差の平方根分の1になるため、より正確な直径値を得ることができる。 In this way, in the live-action distortion corrected image in which the coordinate system is appropriately corrected, the diameter d D of the live-action center circle D 0 and the barycentric coordinates of the live-action grid points P 11 , P 12 ,. This diameter may be calculated based on the area of the live-action center circle D 0 . The diameter of the circle can be obtained by taking the positive square root of the value obtained by dividing the area of the live-action central circle D 0 by the circumference and doubling it. In this case, the error included in the diameter value is 1 / square root of the error when the diameter value is directly acquired from the image, so that a more accurate diameter value can be obtained.
次に、レンズの歪曲収差に基づく画像の歪みは画像の中央で最小となるため、実写中心円D0には歪みがほとんど含まれないことに基づいて、実写中心円D0を理想中心円Q0とし、実写中心円D0の直径dDを理想中心円Q0の直径dQとする。そして、歪曲補正図1では、中心円P0の直径dpと各格子点の間隔とには所定の比が存在するため、理想中心円Q0の直径dQと各理想格子点の間隔との間にも、同じ比が存在しなければならない。この条件を用いることにより、実写中心円D0の直径dDによって各理想格子点の間隔が定まり、理想格子点Q11、Q12、…の各座標値が決定される。 Then, since the distortion of the image based on the distortion of the lens having the minimum at the center of the image, photographed in the center circle D 0 based on the fact that hardly contained strain, a live-action center circle D 0 ideal central circle Q 0, and the diameter d D of live-action center circle D 0 and diameter d Q of the ideal center circle Q 0. In FIG. 1, since there is a predetermined ratio between the diameter d p of the center circle P 0 and the interval between the lattice points, the diameter d Q of the ideal center circle Q 0 and the interval between the ideal lattice points The same ratio must exist between the two. By using this condition, the interval between the ideal lattice points is determined by the diameter d D of the actual shooting center circle D 0 , and the coordinate values of the ideal lattice points Q 11 , Q 12 ,.
図2は実写歪曲補正画像2において、実写格子点P11、P12、…上に理想格子点Q11、Q12、…を重ね合わせたものである(図2において格子点同士を結ぶ直線は、実写歪曲補正画像及び理想格子点の構成要素ではない)。実写格子点P11、P12、…の重心の各座標値が理想格子点Q11、Q12、…の重心の各座標値となるような補正式を得れば、その式に基づき、実写画像から、歪曲収差を除去した各画素の理想とする座標を求めることができ、歪みが補正された画像を作成することができる。なお、理想座標値が整数とならない場合には、ニアレストネイバー法、バイリニア法、バイキュービック法等による画素補完を行うことにより、各画素の輝度を決定する。画像がカラー画像の場合には、各画素毎に色情報も含めて補完を行う。 FIG. 2 shows an image obtained by superimposing the ideal grid points Q 11 , Q 12 ,... On the live-action grid points P 11 , P 12 ,. It is not a component of the real image distortion correction image and the ideal lattice point). If a correction formula is obtained such that the coordinate values of the centroids of the live-action grid points P 11 , P 12 ,... Become the coordinate values of the centroids of the ideal grid points Q 11 , Q 12 ,. From the image, the ideal coordinates of each pixel from which distortion has been removed can be obtained, and an image with corrected distortion can be created. If the ideal coordinate value does not become an integer, the luminance of each pixel is determined by performing pixel complementation by the nearest neighbor method, the bilinear method, the bicubic method, or the like. When the image is a color image, interpolation is performed for each pixel including color information.
以下、実施例として実写歪曲補正画像を用いた歪み補正方法について具体的に説明する。実施例1ではピンホールカメラモデルによる補正方法について、実施例2では光学歪みによる補正方法について説明する。 Hereinafter, a distortion correction method using a real-life distortion correction image will be specifically described as an example. In the first embodiment, a correction method using a pinhole camera model will be described. In the second embodiment, a correction method using optical distortion will be described.
本実施例では、ピンホールカメラモデルに基づき決定された数式2〜4、及び歪曲収差をモデル化した数式1を用いて歪曲収差補正を行う。ここでは、数式1のパラメータA、Bの決定方法の一例について説明する。図4にA、Bの決定方法のフローチャートを示す。
In this embodiment, distortion aberration correction is performed using
まず、実写歪曲補正画像2において、実写中心円D0の直径dD及び実写格子点D11、D12、…、D45の各重心座標を取得する(ステップS10)。そして、実写中心円D0の直径dDを理想中心円Q0の直径dQとした場合の各理想格子点Q11、Q12、…、Q45の各座標を、歪曲補正図1における中心円の直径dpと各格子点の間隔の比に基づいて決定する(ステップS11)。
First, the photographed
次に、以後行う演算の実行回数を設定する(ステップS12)。この実行回数を多くすれば、より適切なA、Bの値が得られる可能性が増すため、可能な限り多く設定することが望ましいが、演算時間等によって適宜決定すればよい。 Next, the number of executions of the calculation performed thereafter is set (step S12). Increasing the number of executions increases the possibility that more appropriate values of A and B can be obtained. Therefore, it is desirable to set as many as possible.
ここで、適当な値のパラメータA、Bを任意に設定し、数式1に代入する(ステップS13)。レンズの焦点距離Fは既知であり、実写格子点D11、D12、…、D45の各重心座標のx、y値はステップS10において既知であるので、これらを数式2に代入することにより、θの値を得ることができる。このθを数式1に代入してθ0を求め、数式3、4を用いて補正格子点の座標値x0、y0を算出する(ステップS14)。補正格子点と、それに対応する理想格子点との距離を全点について求め、それらの距離の総和を算出し、その総和を保存する(ステップS15)。
Here, parameters A and B having appropriate values are arbitrarily set and substituted into Equation 1 (step S13). Since the focal length F of the lens is known, and the x and y values of the barycentric coordinates of the live-action grid points D 11 , D 12 ,..., D 45 are known in step S 10, by substituting these into equation (2) , Θ can be obtained. This θ is substituted into
設定回数に達するまで、新たに任意に設定したパラメータA、Bの値を数式2に与え、同様の処理を繰返す(ステップS16)。
Until the set number of times is reached, the values of parameters A and B that are newly set arbitrarily are given to
上記処理を設定回数実行した後、保存されている実行回数個の距離の総和のうち、最小の値を与えたA、Bの組を数式1のパラメータA、Bとして採用する(ステップS17)。そして、上述したように、実写画像の各画素に対して補正式である数式1〜4を適用し、各画素の位置を理想の画素位置へ移動することにより、歪曲収差が補正された画像を得ることができる。
After the above process is executed a set number of times, a set of A and B that gives the minimum value among the sums of the stored execution times is used as the parameters A and B of Equation 1 (step S17). Then, as described above, the
また、補正式の精度を上げることを目的として、補正式において数式1の次数を上げた式を用いることもできる。この場合、パラメータの数が増加するが、上記と同様の決定方法を用いればパラメータ値の算出は可能である。
For the purpose of increasing the accuracy of the correction formula, a formula obtained by increasing the order of
本発明に係る他の実施例として、光学歪み及び理想格子点高に基づく歪み補正方法について説明する。 As another embodiment according to the present invention, a distortion correction method based on optical distortion and ideal lattice point height will be described.
この補正は、以下のような手順で補正式を得る。
(1)実写歪曲補正画像2において、実写中心円D0の直径dD及び実写格子点D11、D12、…、D45の各重心座標を取得する。
(2)実写中心円D0の直径dDを理想中心円Q0の直径dQとし、この直径と格子点間隔の比に基づき、各理想格子点Q11、Q12、…、Q45の座標を決定する。
なお、ここまでの手順1、2は、上記実施例1のステップS10及びS11と同一である。
For this correction, a correction formula is obtained by the following procedure.
(1) In the photographed
(2) The diameter d D of the live-action central circle D 0 is defined as the diameter d Q of the ideal central circle Q 0 , and the ideal lattice points Q 11 , Q 12 ,. Determine the coordinates.
The
(3)実写格子点の実写格子点高及び理想格子点高を求め、これらに基づき、各格子点毎に数式5から光学歪みTを求める。
(4)図5に示すように、縦軸を理想格子点高(単位:画素)、横軸を光学歪み(単位:%)として、手順3で求めた点をプロットする。図5においては20個の格子点を対象とするため、理想格子点高と光学歪みが共に0である理想中心円を含めて、21個の点がプロットされる。
(5)これらの点を結ぶ曲線を最もよく近似する多次回帰曲線を求める。例えば回帰式を5次式とすれば、式H0=aT5+bT4+cT3+dT2+eTのパラメータa、b、c、d、eを最小二乗法等を用いて決定する。また、計算量は多くなるが、精度を高めるために、より高次の回帰曲線を設定しても構わない。
(3) The real grid point height and the ideal grid point height of the real grid point are obtained, and based on these, the optical distortion T is obtained from Equation 5 for each grid point.
(4) As shown in FIG. 5, the points obtained in the procedure 3 are plotted with the ideal grid point height (unit: pixel) on the vertical axis and the optical distortion (unit:%) on the horizontal axis. In FIG. 5, since 20 lattice points are targeted, 21 points are plotted including an ideal central circle where the ideal lattice point height and the optical distortion are both zero.
(5) Find a multi-order regression curve that best approximates the curve connecting these points. For example, if the regression equation is a quintic equation, the parameters a, b, c, d, and e of the equation H 0 = aT 5 + bT 4 + cT 3 + dT 2 + eT are determined using a least square method or the like. Further, although the calculation amount increases, a higher-order regression curve may be set in order to improve accuracy.
上記のようにして光学歪みと理想格子点高の関係式が得られれば、数式5を用いることにより、実写格子点高から理想格子点高を求めることができ、実写画像における全画素の理想の位置を求めることにより、歪曲収差補正を行うことができる。 If the relational expression between the optical distortion and the ideal lattice point height is obtained as described above, the ideal lattice point height can be obtained from the actual captured lattice point height by using Equation 5, and the ideal height of all pixels in the captured image can be obtained. By obtaining the position, distortion aberration correction can be performed.
1…歪曲補正図
2…実写歪曲補正画像
1 ... Distortion correction Fig. 2 Real-life distortion correction image
Claims (5)
該実写歪曲補正画像において、実写中心円の直径及び各実写格子点の重心位置を取得し、
該中心円の直径と該格子点間隔との比に基づき各格子点の理想重心位置を決定し、
該重心位置及び該理想重心位置に基づき補正式を求め、
該補正式に基づき画像の歪みを補正することを特徴とする画像の歪み補正方法。 A photographed distortion correction image is obtained by photographing with a camera a plurality of lattice points arranged at equal intervals, and a distortion correction diagram having a central circle arranged at the center and larger than the lattice point,
In the live-action distortion corrected image, obtain the diameter of the live-action center circle and the gravity center position of each live-action grid point,
Determining the ideal center-of-gravity position of each grid point based on the ratio of the diameter of the central circle and the grid point spacing;
Obtain a correction formula based on the center of gravity position and the ideal center of gravity position,
An image distortion correction method comprising correcting an image distortion based on the correction formula.
F:レンズの焦点距離
θ:レンズの中心点と補正前の画素の座標を結ぶ直線が光軸となす角度
θ0:レンズの中心点と補正後の画素の座標を結ぶ直線が光軸となす角度
A、B:パラメータ The distortion of the image is corrected by obtaining the coordinates (x 0 , y 0 ) after distortion correction from the coordinates (x, y) of the pixel in the image before distortion correction by the following formulas 1 to 4. The image distortion correction method according to claim 1 or 2.
F: Lens focal length θ: Angle that the straight line connecting the center point of the lens and the coordinates of the pixel before correction is the optical axis θ 0 : Straight line connecting the center point of the lens and the coordinates of the corrected pixel is the optical axis angle
A, B: Parameter
H:実写中心円の中心と実写格子点の距離
H0:理想中心円の中心と理想格子点の距離 3. The image distortion correction according to claim 1, wherein the image distortion is corrected using a multidimensional expression determined based on the optical distortion T and H 0 given by Expression 5 as the correction expression. Method.
H: Distance between the center of the live-action center circle and the live-action grid point
H 0 : Distance between the center of the ideal center circle and the ideal grid point
等間隔に配置される複数の格子点及び中央に配置され該格子点よりも大きい中心円を有することを特徴とする歪曲補正図。 It is a distortion correction diagram used for image distortion correction,
The distortion correction figure characterized by having a plurality of lattice points arranged at equal intervals and a center circle arranged at the center and larger than the lattice points.
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