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JP4821704B2 - Image distortion correction method - Google Patents

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JP4821704B2
JP4821704B2 JP2007130828A JP2007130828A JP4821704B2 JP 4821704 B2 JP4821704 B2 JP 4821704B2 JP 2007130828 A JP2007130828 A JP 2007130828A JP 2007130828 A JP2007130828 A JP 2007130828A JP 4821704 B2 JP4821704 B2 JP 4821704B2
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image
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correction method
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淳平 遠藤
聡 古川
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Panasonic Electric Works Co Ltd
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Panasonic Corp
Matsushita Electric Works Ltd
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Description

本発明は、レンズを含む結像光学系の歪曲収差等に起因した画像歪みを補正する画像歪み補正方法に関するものである。   The present invention relates to an image distortion correction method for correcting image distortion caused by distortion aberration of an imaging optical system including a lens.

例えば、テレビ付きインターホンシステムに使用されるテレビカメラにおいては、被写体(来訪者)とテレビカメラとの距離が近く且つ可能な限り広い範囲を撮像する必要があることから、結像光学系に超広角レンズが用いられており、結像光学系(超広角レンズ)の歪曲収差等に起因して、撮像した画像が歪むという問題があった。そこで本出願人は、画素の位置(座標,アドレス)を水平方向(又は水平方向と垂直方向)に移動する座標変換を行うことによって画像歪みを補正する方法を既に提案している(例えば、特許文献1,2参照)。   For example, in a TV camera used for an intercom system with a TV, it is necessary to capture a wide range as far as possible from a subject (visitor) and the TV camera. Since a lens is used, there is a problem that a captured image is distorted due to distortion aberration or the like of an imaging optical system (super wide-angle lens). Therefore, the present applicant has already proposed a method of correcting image distortion by performing coordinate conversion in which the position (coordinates, address) of a pixel is moved in the horizontal direction (or horizontal and vertical directions) (for example, patents). References 1 and 2).

特許文献1に記載されている画像歪み補正方法(以下、「従来例1」という。)は、テレビカメラのレンズ等により生じる画像歪みの特性を数式化し、当該数式を用いて予め計算した変換座標と、座標変換後の画素値を補正するための補正係数とをメモリテーブルに記憶しておき、テレビカメラから取り込んだ入力画像に対してメモリテーブルを参照して座標変換と画素値の補正を行うものである。   An image distortion correction method (hereinafter referred to as “conventional example 1”) described in Patent Document 1 formulates characteristics of image distortion caused by a lens of a television camera or the like, and converts coordinates calculated in advance using the formula. And a correction coefficient for correcting the pixel value after the coordinate conversion is stored in a memory table, and the coordinate conversion and the pixel value correction are performed with reference to the memory table for the input image captured from the TV camera. Is.

また、特許文献2に記載されている画像歪み補正方法(以下、「従来例2」という。)は、入力画像の任意の座標を(x’,y’)、画像歪み補正後の座標を(x,y)、画像中心の座標を(x0,y0)、画像の歪み率を表すパラメータをkとしたとき、x’={1−k(y−y02}x+k(y−y020、y’=yで表される座標変換式を用いて入力画像の座標を変換するとともに、変換後の入力画像の座標の画素値を近傍の画素値で線形近似して算出するものである。
特許第3451644号公報 特許第3047681号公報
Also, the image distortion correction method described in Patent Document 2 (hereinafter referred to as “conventional example 2”) uses arbitrary coordinates of an input image as (x ′, y ′), and coordinates after image distortion correction as ( x ′ = {1−k (y−y 0 ) 2 } x + k (y−) where x, y), the coordinates of the image center are (x 0 , y 0 ), and the parameter representing the distortion rate of the image is k. y 0 ) The input image coordinates are converted using a coordinate conversion formula expressed by 2 x 0 , y ′ = y, and the pixel values of the converted input image coordinates are linearly approximated with neighboring pixel values. Is to be calculated.
Japanese Patent No. 3451644 Japanese Patent No. 3047681

ところで、上述の従来例2では画像中心の座標(x0,y0)からの距離に応じて座標変換を行っているが、例えば、結像光学系の光軸中心と画像中心(撮像素子の中心)との間に生じるずれが大きくなると画像歪みを適切に補正することができない。また、従来例1では上述の中心ずれに応じた変換座標と補正係数をメモリテーブルに記憶しておくためにメモリ容量が大幅に増大してしまうという欠点がある。すなわち、従来例1,2では、結像光学系の光軸中心と画像中心との間に生じるずれ量というような画像歪みの特性に応じた補正が困難であるという問題があった。 By the way, in the above-described conventional example 2, coordinate conversion is performed according to the distance from the coordinates (x 0 , y 0 ) of the image center. When the deviation generated between the center and the center becomes large, the image distortion cannot be corrected appropriately. Further, the conventional example 1 has a drawback that the memory capacity is greatly increased because the conversion coordinates and the correction coefficient corresponding to the above-described center deviation are stored in the memory table. That is, in the conventional examples 1 and 2, there is a problem that it is difficult to perform correction according to the characteristics of the image distortion such as a shift amount generated between the optical axis center of the imaging optical system and the image center.

本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、画像歪みの特性に応じた補正を簡易に行うことができる画像歪み補正方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an image distortion correction method capable of easily performing correction according to image distortion characteristics.

請求項1の発明は、上記目的を達成するために、光学系の歪曲収差による画像歪みを補正する画像歪み補正方法において、入力画像の任意の座標を(x’,y’)、歪み補正後の座標を(x,y)、画像中心の座標を(x0,y0)、nを正の整数としたとき、 In order to achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, in an image distortion correction method for correcting image distortion due to distortion of an optical system, arbitrary coordinates of an input image are set to (x ′, y ′), and after distortion correction. Is the coordinate of (x, y), the coordinate of the center of the image is (x 0 , y 0 ), and n is a positive integer,

Figure 0004821704
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で表される座標変換式を用いて入力画像の座標を求めるとともに、当該入力画像の座標における画素値を当該座標の近傍に存在する画素の画素値で線形近似して求めることを特徴とする。 The coordinates of the input image are obtained using the coordinate conversion formula expressed by the following equation, and the pixel value at the coordinates of the input image is obtained by linear approximation with the pixel values of the pixels existing in the vicinity of the coordinates.

請求項1の発明によれば、座標変換式における係数aijklや画像中心の座標を適当に設定することで画像歪みの特性に応じた補正を簡易に行うことができる。 According to the first aspect of the present invention, the correction according to the characteristics of the image distortion can be easily performed by appropriately setting the coefficient a ijkl and the coordinates of the image center in the coordinate conversion formula.

請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記座標変換式における係数aijklと画像中心の座標x0,y0の少なくとも何れか1つを変更することを特徴とする。 The invention of claim 2 is characterized in that, in the invention of claim 1, at least one of the coefficient a ijkl and the coordinates x 0 and y 0 of the image center in the coordinate conversion formula is changed.

請求項2の発明によれば、画像歪みの特性に応じて座標変換式における係数aijklと画像中心の座標x0,y0の少なくとも何れか1つを変更することにより、さらに適切に画像歪みを補正することができる。 According to the second aspect of the present invention, the image distortion can be more appropriately achieved by changing at least one of the coefficient a ijkl and the coordinates x 0 and y 0 of the image center in the coordinate conversion equation according to the image distortion characteristics. Can be corrected.

請求項3の発明は、請求項2の発明において、前記座標変換式における係数aijklと画像中心の座標との複数通りの組合せを予め用意しておき、当該複数通りの組合せの中から任意の1通りの組合せを選択して座標変換を行うことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the invention, a plurality of combinations of the coefficient a ijkl and the coordinates of the image center in the coordinate conversion formula are prepared in advance, and any one of the plurality of combinations is prepared. One of the combinations is selected and coordinate transformation is performed.

請求項3の発明によれば、適切な画像歪み補正を行うために必要な係数aijkl並びに画像中心の座標x0,y0へ容易に変更することができる。 According to the invention of claim 3, it is possible to easily change to the coefficient a ijkl and the coordinates x 0 and y 0 of the image center necessary for performing appropriate image distortion correction.

請求項の発明は、請求項2又は3の発明において、正前の入力画像に対する補正後の画像の水平方向の拡大倍率に応じて係数a ijkl 並びに画像中心の座標x 0 ,y 0 の少なくとも何れか1つを変更することを特徴とする。
請求項4の発明によれば、補正後の画像の水平方向の拡大倍率に応じた適正な歪み補正が可能となる。
The invention of claim 4 is the invention of claim 2 or 3, compensation before the image after correction to the input image of the coefficient a ijkl and image center in accordance with the horizontal magnification of coordinates x 0, y 0 At least one of them is changed .
According to the invention of claim 4, it is possible to correct distortion appropriately according to the horizontal magnification of the corrected image.

請求項の発明は、請求項2〜4の何れか1項の発明において、正前の入力画像に対する補正後の画像の水平方向の位置移動量に応じて係数a ijkl 並びに画像中心の座標x 0 ,y 0 の少なくとも何れか1つを変更することを特徴とする。
請求項5の発明によれば、補正後の画像の水平方向の位置移動量に応じた適正な歪み補正が可能となる。
The invention of claim 5 is the invention of any one of claims 2-4, compensation prior to the coordinates of the coefficients a ijkl and image center in accordance with the position movement amount in the horizontal direction of the image after correction to the input image It is characterized in that at least one of x 0 and y 0 is changed .
According to the fifth aspect of the invention, it is possible to correct distortion appropriately according to the amount of horizontal position movement of the corrected image.

請求項の発明は、請求項2〜5の何れか1項の発明において、正前の入力画像に対する補正後の画像の上端と下端における水平方向の拡大倍率の比に応じて係数a ijkl 並びに画像中心の座標x 0 ,y 0 の少なくとも何れか1つを変更することを特徴とする。
請求項6の発明によれば、補正前の入力画像に対する補正後の画像の上端と下端における水平方向の拡大倍率の比に応じた適正な歪み補正が可能となる。
The invention of claim 6 is the invention of any one of claims 2 to 5, the coefficient according to the ratio of the horizontal magnification of the top and bottom of the image after correction for compensation prior to input image a ijkl In addition, at least one of the coordinates x 0 and y 0 of the image center is changed .
According to the sixth aspect of the present invention, it is possible to perform appropriate distortion correction according to the ratio of the magnification in the horizontal direction at the upper end and the lower end of the corrected image with respect to the input image before correction.

請求項の発明は、請求項の発明において、前記座標変換式で求めた入力画像の座標が実際の入力画像の範囲内に存在しない場合に当該座標の画素値として、当該座標と同一の水平ライン上において最も近い位置に存在し且つ実際の入力画像の範囲内に存在する座標の画素値を採用することを特徴とする。
請求項7の発明によれば、入力画像の範囲内に存在しない座標を参照することで補正後の画像に発生する不具合が目立ちにくくできる。
The invention according to claim 7 is the same as that according to claim 1 , wherein the pixel value of the coordinate is the same as the coordinate when the coordinate of the input image obtained by the coordinate conversion formula does not exist within the range of the actual input image . The pixel value of the coordinate which exists in the nearest position on a horizontal line and exists in the range of an actual input image is employ | adopted.
According to the seventh aspect of the present invention, it is possible to make inconspicuous a problem occurring in the corrected image by referring to coordinates that do not exist within the range of the input image.

請求項の発明は、請求項の発明において、前記座標変換式で求めた入力画像の座標が実際の入力画像の範囲内に存在しない場合に当該座標の画素値として無彩色を表す値を採用することを特徴とする。 The invention of claim 8 is the invention of claim 1 , wherein when the coordinates of the input image obtained by the coordinate conversion formula do not exist within the range of the actual input image , a value representing an achromatic color is used as the pixel value of the coordinates. It is characterized by adopting.

請求項の発明は、請求項の発明において、前記無彩色を表す値として黒色を表す値を採用することを特徴とする。 The invention of claim 9 is the invention of claim 8 , wherein a value representing black is adopted as the value representing the achromatic color .

請求項10の発明は、請求項1の発明において、前記座標変換式で求めた入力画像の座標が実際の入力画像の範囲内に存在しない場合に当該座標が表示範囲外となるように係数aijklを調整して画像を拡大することを特徴とする。 According to a tenth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, when the coordinates of the input image obtained by the coordinate conversion formula do not exist within the range of the actual input image, the coefficient a is set so that the coordinates are outside the display range. The image is enlarged by adjusting ijkl .

請求項10の発明によれば、入力画像の範囲内に存在しない座標を参照することで補正後の画像に発生する不具合が目立ちにくくできる。 According to the tenth aspect of the present invention, it is possible to make inconspicuous a problem that occurs in the corrected image by referring to coordinates that do not exist within the range of the input image.

請求項11の発明は、請求項1の発明において、前記座標変換式で求めた入力画像の座標が実際の入力画像の範囲内に存在しない場合に入力画像を拡大することで当該座標が表示範囲外となるように係数aijklを調整することを特徴とする。 According to an eleventh aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, when the coordinates of the input image obtained by the coordinate conversion formula do not exist within the range of the actual input image, the input image is enlarged to display the coordinates. The coefficient aijkl is adjusted so as to be outside.

請求項11の発明によれば、入力画像の範囲内に存在しない座標を参照することで補正後の画像に発生する不具合が目立ちにくくできる。 According to the eleventh aspect of the present invention, it is possible to make inconspicuous a problem that occurs in the corrected image by referring to coordinates that do not exist within the range of the input image.

本発明によれば、座標変換式における係数aijklや画像中心の座標を適当に設定することで画像歪みの特性に応じた補正を簡易に行うことができる。 According to the present invention, the correction according to the characteristics of the image distortion can be easily performed by appropriately setting the coefficient a ijkl and the coordinates of the image center in the coordinate conversion formula.

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。まず初めに、本発明に係る画像歪み補正方法を実現するためのハードウェア構成、すなわち、画像歪み補正装置について、図1を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, a hardware configuration for realizing an image distortion correction method according to the present invention, that is, an image distortion correction apparatus will be described with reference to FIG.

図1に示すようにテレビカメラCAMから出力されるディジタル画像が入力画像として画像歪み補正装置1に取り込まれ、画像歪み補正装置1において画像歪みが補正された後の画像が液晶ディスプレイのような表示装置DSPに出力され且つ表示される。但し、テレビカメラCAM並びに表示装置DSPがアナログ信号にしか対応していない場合には、アナログの入力画像をディジタル画像に変換するA/D変換器と、ディジタルの出力画像をアナログ画像に変換するD/A変換器を画像歪み補正装置1に搭載する必要がある。   As shown in FIG. 1, a digital image output from the television camera CAM is taken into the image distortion correction apparatus 1 as an input image, and the image after the image distortion is corrected in the image distortion correction apparatus 1 is displayed like a liquid crystal display. Output to the device DSP and displayed. However, when the TV camera CAM and the display device DSP support only analog signals, an A / D converter that converts an analog input image into a digital image and a D that converts a digital output image into an analog image The / A converter needs to be mounted on the image distortion correction apparatus 1.

画像歪み補正装置1は、入力画像の1水平ライン分の画像データ(画素値)を記憶するラインバッファメモリ2と、入力画像の任意の座標(アドレス)を(x’,y’)、歪み補正後の座標を(x,y)、画像中心の座標を(x0,y0)、nを正の整数としたとき、下記式で表される座標変換式を用いて入力画像の座標(x’,y’)を求める座標変換手段3と、座標変換手段3で求めた入力画像の座標(x’,y’)における画素値を当該座標の近傍に存在する画素の画素値から線形近似して求める画素値補正手段4とを備えている。なお、座標変換手段3並びに画素値補正手段4は、マイコンが所定の画像歪み補正処理用のプログラムを実行することで実現されるものである。 The image distortion correction apparatus 1 includes a line buffer memory 2 that stores image data (pixel values) for one horizontal line of an input image, and arbitrary coordinates (addresses) of the input image (x ′, y ′). When the later coordinates are (x, y), the coordinates of the image center are (x 0 , y 0 ), and n is a positive integer, the coordinates (x ', Y') to obtain a linear approximation of the pixel values at the coordinates (x ', y') of the input image obtained by the coordinate transformation means 3 from the pixel values of the pixels existing in the vicinity of the coordinates. And a pixel value correction means 4 to be obtained. The coordinate conversion means 3 and the pixel value correction means 4 are realized by a microcomputer executing a predetermined image distortion correction processing program.

Figure 0004821704
Figure 0004821704

テレビカメラCAMから画像歪み補正装置1に入力される入力画像には、図2(a)に示すようにテレビカメラCAMが具備するレンズ等の結像光学系における歪曲収差(図示例では樽型歪み)に起因した画像歪みが生じている。上記座標変換式の右辺第2項は、図2(b)に示す曲線イ、すなわち、任意の座標(x,y)を通るべき縦方向の直線(y軸に平行な直線)ロが歪曲収差によって歪んだ曲線を近似したものであって、任意の座標(x,y)を上記座標変換式に代入して入力画像の座標(x’,y’)、すなわち、当該座標(x,y)が画像歪みによって移動した座標を求め、入力画像の座標(x’,y’)の画素値から当該座標(x,y)の画素値を求めることで画像歪みを補正することができるのである。但し、入力画像の座標(x’,y’)の画素値から当該座標(x,y)の画素値を求める処理、すなわち、画素値補正手段4で行う線形近似については従来例2で説明されているように周知技術であるから、詳細な説明を省略する。   As shown in FIG. 2A, the input image input from the TV camera CAM to the image distortion correction apparatus 1 includes distortion aberration in an imaging optical system such as a lens provided in the TV camera CAM (in the illustrated example, barrel distortion). ) Due to image distortion. The second term on the right-hand side of the above coordinate conversion formula is that the curve a shown in FIG. 2B, that is, the vertical straight line (straight line parallel to the y-axis) that should pass through arbitrary coordinates (x, y) Approximate the curve distorted by the above, and substitute the arbitrary coordinates (x, y) into the above coordinate conversion formula, the coordinates (x ′, y ′) of the input image, that is, the coordinates (x, y) The image distortion can be corrected by obtaining the coordinate moved by the image distortion and obtaining the pixel value of the coordinate (x, y) from the pixel value of the coordinate (x ′, y ′) of the input image. However, the processing for obtaining the pixel value of the coordinate (x, y) from the pixel value of the coordinate (x ′, y ′) of the input image, that is, the linear approximation performed by the pixel value correcting means 4 will be described in Conventional Example 2. Therefore, since it is a well-known technique, detailed description is abbreviate | omitted.

ここで、従来例2においても座標変換式x’={1−k(y−y02}x+k(y−y020、y’=yを用いた座標変換を行うことで画像歪みを補正しているが、従来例2の座標変換式を変形した式x’=x−k(x−x0)(y−y02から判るように、画像歪みの特性に応じて変更可能なパラメータが画像の歪み率を表すパラメータkと画像中心の座標x0又はy0の3種類しかないために精細な歪み補正を行うことが困難であった。これに対して本発明に係る画像歪み補正方法では、複数の係数aijklと画像中心の座標x0又はy0の合計4種類以上のパラメータと、補正後の座標(x,y)と画像中心の座標(x0,y0)の差の絶対値|x−x0|,|y−y0|とを座標変換式中に含むため、従来例2と比較して画像歪みの特性に応じた精細な歪み補正を簡単に行うことができるのである。しかも、座標変換式には乗算と加算しか含まれていないため、演算が簡易であるから処理時間が短く、その結果、従来例1のように予め演算した結果をデータテーブルに記憶しておく必要もない。 Here, also in Conventional Example 2, coordinate conversion using the coordinate conversion formula x ′ = {1−k (y−y 0 ) 2 } x + k (y−y 0 ) 2 x 0 , y ′ = y is performed. Although the image distortion is corrected, as can be seen from the expression x ′ = x−k (x−x 0 ) (y−y 0 ) 2 obtained by modifying the coordinate conversion expression of the conventional example 2, it corresponds to the characteristics of the image distortion. Therefore, since there are only three parameters that can be changed, the parameter k representing the distortion rate of the image and the coordinate x 0 or y 0 of the image center, it is difficult to perform fine distortion correction. In contrast, in the image distortion correction method according to the present invention, a total of four or more parameters including a plurality of coefficients a ijkl and image center coordinates x 0 or y 0 , corrected coordinates (x, y), and image center Since the absolute values | x−x 0 | and | y−y 0 | of the difference between the coordinates (x 0 , y 0 ) of the image are included in the coordinate conversion equation, the image distortion characteristics are compared with those of the conventional example 2. Therefore, it is possible to easily perform fine distortion correction. In addition, since the coordinate conversion formula includes only multiplication and addition, the calculation time is simple, so the processing time is short. As a result, it is necessary to store the calculation result in advance in the data table as in Conventional Example 1. Nor.

例えば、方眼模様の壁面をテレビカメラCAMで撮像し、画像歪み補正を行わずに表示装置DSPで表示したときの画像は、光学系の歪曲収差(樽型歪み)によって図3(a)に示すように縦方向の直線と横(水平)方向の直線が何れも歪んでしまうが、同じ画像を従来例1の画像歪み補正方法を用いて補正すれば、図3(b)に示すように縦方向の直線の歪みをかなり補正することができる。ここで、図3(b)における画面左端寄りの縦方向の直線L1に着目すると、画面の上端及び下端に近い部分では歪みの補正が不十分であることが判る。   For example, an image of a square pattern wall surface captured by a television camera CAM and displayed on the display device DSP without performing image distortion correction is shown in FIG. As shown in FIG. 3B, if the straight line in the vertical direction and the straight line in the horizontal (horizontal) direction are both distorted as described above, the same image is corrected using the image distortion correction method of Conventional Example 1. The straight line distortion in the direction can be considerably corrected. Here, paying attention to the vertical straight line L1 near the left end of the screen in FIG. 3B, it can be seen that the distortion correction is insufficient at portions near the upper end and the lower end of the screen.

一方、本実施形態の画像歪み補正装置1で画像歪みを補正する場合、例えば、上記座標変換式における(x−x0)(y−y02の項の係数a1020と、(x−x0)|y−y03の項の係数a1003と、(x−x0)|x−x0||y−y03の項の係数a1102とを、テレビカメラCAMにおける光学系の画像歪み特性に応じた適当な値に設定すれば、図3(c)に示すように同一の直線L1における上端並びに下端の画像歪みを、従来例1と比較して精細且つ十分に補正することができる。つまり、従来例1では画像歪み率のパラメータを1種類(k)しか設定していないために画像中心からの距離が大きくなる(画像の上端及び下端に近付く)につれて画像歪みの補正が不十分になってしまうのであるが、本発明の画像歪み補正方法によれば、複数の係数(例えば、上述の例では3つの係数a1020,a1003,a1102)によって座標変換を行うので、画像中心からの距離が大きくなっても、すなわち、画像の上端及び下端に近い部分においても十分な歪み補正が可能である。 On the other hand, when the image distortion correction is performed by the image distortion correction apparatus 1 of the present embodiment, for example, the coefficient a 1020 in the term (x−x 0 ) (y−y 0 ) 2 in the above coordinate conversion formula, and (x− x 0 ) | y−y 0 | 3 term coefficient a 1003 and (x−x 0 ) | x−x 0 || y−y 0 | 3 term coefficient a 1102 in the television camera CAM. If an appropriate value is set according to the image distortion characteristic of the optical system, the image distortion at the upper end and the lower end of the same straight line L1 as shown in FIG. It can be corrected. In other words, since only one type (k) of the image distortion rate parameter is set in Conventional Example 1, the image distortion correction is insufficient as the distance from the image center increases (approaching the upper and lower ends of the image). However, according to the image distortion correction method of the present invention, coordinate conversion is performed using a plurality of coefficients (for example, the three coefficients a 1020 , a 1003 , and a 1102 in the above example). Thus, sufficient distortion correction can be performed even in a portion close to the upper end and the lower end of the image.

また、テレビカメラCAMにおいて光学系の光軸中心と撮像素子の中心(画像中心)とが一致していない(実際には、両者のずれ量が実使用上無視できない程度に大きい)場合において、例えば、上述のように方眼模様の壁面をテレビカメラCAMで撮像し、画像歪み補正を行わずに表示装置DSPで表示したときの画像に図4(a)に示すような樽型歪みが生じているとしたとき、光学系の光軸中心Oと画像中心O’が一致している(実際には、両者のずれ量が実使用上無視できる程度に小さい)とみなして画像歪みを補正すると、図4(b)に示すように画像中心O’から離れるにつれて補正量が必要以上に大きくなってしまうことになる。これに対して、光学系の光軸中心Oと画像中心O’が一致していない場合に画像中心の座標(x0,y0)を光軸中心Oに一致するように変更すれば、図4(c)に示すように画像歪みの特性(光軸中心Oと画像中心O’のずれ)に応じて画像歪みを適切に補正することができる。 Further, in the television camera CAM, when the optical axis center of the optical system and the center (image center) of the image sensor do not coincide with each other (actually, the deviation amount between them is so large that it cannot be ignored in actual use), for example, As described above, a barrel-shaped distortion as shown in FIG. 4 (a) is generated in an image when a square-shaped wall surface is captured by the television camera CAM and displayed on the display device DSP without performing image distortion correction. When the image distortion is corrected by assuming that the optical axis center O of the optical system and the image center O ′ coincide with each other (actually, the deviation amount between them is small enough to be ignored in actual use) As shown in FIG. 4B, the correction amount becomes larger than necessary as the distance from the image center O ′ increases. On the other hand, if the optical axis center O of the optical system and the image center O ′ are not coincident, the coordinates (x 0 , y 0 ) of the image center are changed so as to coincide with the optical axis center O. As shown in FIG. 4C, the image distortion can be appropriately corrected according to the characteristics of the image distortion (deviation between the optical axis center O and the image center O ′).

ここで、係数aijkl並びに画像中心の座標(x0,y0)のデータについては画像歪み補正装置1が具備する書換可能な不揮発性メモリに予め記憶させておく必要があるが、何らかの条件、例えば、画像歪み補正装置1に設けた機械的なスイッチ(例えば、ディップスイッチ等)による設定状態等に応じて複数種類の値(データ)若しくは複数通りの値の組合せのうちから択一的に選択して変更することも可能である。そして、このように係数aijkl並びに画像中心の座標(x0,y0)のデータを変更可能とすれば、さらに適切に画像歪みを補正することができる。尚、図5(a)に示すように立体的な被写体(例えば、人物H)をテレビカメラCAMで撮像した場合、テレビカメラCAMにおける画像歪みを画像歪み補正装置1で完全に補正してしまうと被写体(人物H)の画像が歪んで表示されてしまうことがある(図5(b)参照)。このような場合においても、座標変換式における係数aijklの値を変更して画像歪みの補正度合いを調整すれば、上述のように立体的な被写体が歪んで表示されることを緩和することができる。同様に光学系の光軸中心と撮像素子の中心ずれを目立たなくする効果もあり、理想的な補正での変位量を少なくするのではなく、各係数aijklの値を最適化することで視覚的に違和感の無いように調整することができる。 Here, the data of the coefficient a ijkl and the coordinates (x 0 , y 0 ) of the image center need to be stored in advance in a rewritable nonvolatile memory included in the image distortion correction apparatus 1. For example, it is alternatively selected from a plurality of types of values (data) or a combination of a plurality of values according to a setting state by a mechanical switch (for example, a dip switch) provided in the image distortion correction apparatus 1 It is also possible to change it. If the data of the coefficient a ijkl and the coordinates (x 0 , y 0 ) of the image center can be changed in this way, the image distortion can be corrected more appropriately. As shown in FIG. 5A, when a three-dimensional object (for example, a person H) is imaged by the television camera CAM, image distortion in the television camera CAM is completely corrected by the image distortion correction apparatus 1. The image of the subject (person H) may be displayed distorted (see FIG. 5B). Even in such a case, changing the value of the coefficient a ijkl in the coordinate conversion formula to adjust the correction degree of the image distortion can alleviate the display of the three-dimensional subject being distorted as described above. it can. Similarly, there is also an effect of making the center deviation between the optical axis center of the optical system and the image sensor inconspicuous, and not by reducing the amount of displacement by ideal correction, but by optimizing the value of each coefficient a ijkl Can be adjusted so that there is no sense of incongruity.

また、座標変換式における係数aijklを操作することで補正後の画像(表示装置DSPに表示される画像)に対して意図的な変更を加えることができる。例えば、図6(a)に示すような通常に補正した後の画像に対して、xの1次の項の係数a1000を変更することで画像をx軸方向(横方向)に拡大することが可能であり(図6(b)参照)、テレビカメラCAMの光学系において画像の一部がけられてしまう場合に画像を意図的に拡大することで当該けられが表示されないようにすることができる。さらに、定数項a0000の変更を加えることで画像を横方向へ移動することもできる(図6(c)参照)。あるいは、yの1次の項の係数a0010を変更すれば、画像の上端と下端における横方向の拡大倍率を異ならせて遠近感を加減することもできる(図6(d)参照)。 In addition, it is possible to intentionally change the corrected image (image displayed on the display device DSP) by manipulating the coefficient a ijkl in the coordinate conversion formula. For example, with respect to an image after normal correction as shown in FIG. 6A, the image is enlarged in the x-axis direction (lateral direction) by changing the coefficient a 1000 of the first-order term of x. (See FIG. 6B), and when a part of the image is lost in the optical system of the television camera CAM, the image is intentionally enlarged so that the injury is not displayed. it can. Further, the image can be moved in the horizontal direction by changing the constant term a 0000 (see FIG. 6C). Alternatively, by changing the coefficient a 0010 of the first-order term of y, the perspective can be adjusted by changing the horizontal magnification at the upper and lower ends of the image (see FIG. 6D).

ところで、座標変換式を用いて入力画像の座標を求めたとき、実際には存在しない座標、例えば、図7(a)における領域S内の座標に変換されてしまうと補正後の座標の画素値を求めることができないという不具合の生じる虞がある。そこで、座標変換式から求めた入力画像の座標(x’,y’)が実在しない座標(領域S内の座標)に相当するか否かを座標変換手段3において検証し、実在しない座標に相当している場合、画素値補正手段4において当該座標の画素値を所定値、例えば、黒色のような無彩色を表す値(データ)に設定すれば、補正後の画像においては実在しない座標(領域S’)が無彩色で表示されるために目立ちにくくできる(図7(b)参照)。あるいは、実在しない座標の画素値を、当該座標と同一の水平ライン上に存在する実在の座標のうちで最も近い座標における画素値と同じ値に設定してもよい。また、xの1次の項の係数a1000を変更して画像を横方向に拡大することで実在しない座標(領域S’)が補正後の画像における表示範囲外となるようにすれば、上述のように画面の一部が無彩色で表示される場合と比べて画像品質を向上することができるという利点がある(図8参照)。 By the way, when the coordinates of the input image are obtained using the coordinate conversion formula, if the coordinates are converted into coordinates that do not actually exist, for example, coordinates in the region S in FIG. There is a possibility that a problem arises that it is not possible to obtain the above. Therefore, the coordinate conversion means 3 verifies whether or not the coordinates (x ′, y ′) of the input image obtained from the coordinate conversion formula correspond to coordinates that do not exist (coordinates in the region S), and correspond to coordinates that do not exist. If the pixel value correction unit 4 sets the pixel value of the coordinate to a predetermined value, for example, a value (data) representing an achromatic color such as black, the coordinate (region) that does not actually exist in the corrected image Since S ′) is displayed in an achromatic color, it can be made inconspicuous (see FIG. 7B). Or you may set the pixel value of the coordinate which does not exist to the same value as the pixel value in the nearest coordinate among the actual coordinates which exist on the same horizontal line as the said coordinate. Further, by changing the coefficient a 1000 of the first-order term of x and enlarging the image in the horizontal direction so that the nonexistent coordinates (region S ′) are out of the display range in the corrected image, the above-described case. Thus, there is an advantage that the image quality can be improved as compared with the case where a part of the screen is displayed in an achromatic color (see FIG. 8).

本発明の画像歪み補正方法を実現するための画像歪み補正装置のブロック図である。1 is a block diagram of an image distortion correction apparatus for realizing an image distortion correction method of the present invention. (a),(b)は入力画像の樽型歪みを横方向において補正する場合の説明図である。(A), (b) is explanatory drawing in the case of correct | amending the barrel distortion of an input image in a horizontal direction. (a)は画像歪みを補正する前の画像、(b)は従来例の画像歪み補正を行った後の画像、(c)は本発明の画像歪み補正方法で補正した後の画像を示す説明図である。(A) is an image before correcting image distortion, (b) is an image after performing image distortion correction of a conventional example, and (c) is an image after correcting by the image distortion correcting method of the present invention. FIG. 光軸と画像中心がずれている場合の説明図であり、(a)は補正前の画像、(b)は光軸と画像中心が一致していると仮定して補正した後の画像、(c)は本発明の画像歪み補正方法で補正した後の画像を示す説明図である。It is explanatory drawing when an optical axis and the image center have shifted | deviated, (a) is the image before correction | amendment, (b) is the image after correction | amending assuming that the optical axis and image center correspond, ( (c) is an explanatory view showing an image after being corrected by the image distortion correction method of the present invention. (a),(b)は立体的な被写体(人物)を撮像した画像の歪みを補正する場合の説明図である。(A), (b) is explanatory drawing in the case of correct | amending distortion of the image which imaged the three-dimensional photographic subject (person). (a)〜(d)は座標変換式における係数aijklを変更して補正した後の画像の説明図である。(A)-(d) is explanatory drawing of the image after changing and correct | amending coefficient aijkl in a coordinate transformation type | formula. (a),(b)は座標変換で求めた座標が入力画像に実在しない場合における本発明の画像歪み補正方法の説明図である。(A), (b) is explanatory drawing of the image distortion correction method of this invention in case the coordinate calculated | required by coordinate transformation does not actually exist in an input image. 座標変換で求めた座標が入力画像に実在しない場合における本発明の画像歪み補正方法の説明図である。It is explanatory drawing of the image distortion correction method of this invention in the case where the coordinate calculated | required by coordinate transformation does not exist in an input image.

符号の説明Explanation of symbols

1 画像歪み補正装置
2 ラインバッファメモリ
3 座標変換手段
4 画素値補正手段
CAM テレビカメラ
DSP 表示装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Image distortion correction apparatus 2 Line buffer memory 3 Coordinate conversion means 4 Pixel value correction means CAM TV camera DSP Display apparatus

Claims (11)

光学系の歪曲収差による画像歪みを補正する画像歪み補正方法において、
入力画像の任意の座標を(x’,y’)、歪み補正後の座標を(x,y)、画像中心の座標を(x0,y0)、nを正の整数としたとき、
Figure 0004821704
で表される座標変換式を用いて入力画像の座標を求めるとともに、当該入力画像の座標における画素値を当該座標の近傍に存在する画素の画素値で線形近似して求めることを特徴とする画像歪み補正方法。
In an image distortion correction method for correcting image distortion due to distortion of an optical system,
When arbitrary coordinates of the input image are (x ′, y ′), coordinates after distortion correction are (x, y), coordinates of the image center are (x 0 , y 0 ), and n is a positive integer,
Figure 0004821704
An image characterized in that the coordinates of the input image are obtained using a coordinate transformation expression represented by the following, and the pixel value at the coordinates of the input image is obtained by linear approximation with the pixel values of the pixels existing in the vicinity of the coordinates. Distortion correction method.
前記座標変換式における係数aijklと画像中心の座標x0,y0の少なくとも何れか1つを変更することを特徴とする請求項1記載の画像歪み補正方法。 The image distortion correction method according to claim 1, wherein at least one of a coefficient a ijkl and an image center coordinate x 0 , y 0 in the coordinate conversion formula is changed. 前記座標変換式における係数aijklと画像中心の座標との複数通りの組合せを予め用意しておき、当該複数通りの組合せの中から任意の1通りの組合せを選択して座標変換を行うことを特徴とする請求項2記載の画像歪み補正方法。 A plurality of combinations of the coefficient a ijkl and the coordinates of the center of the image in the coordinate conversion formula are prepared in advance, and coordinate conversion is performed by selecting any one combination from the plurality of combinations. The image distortion correction method according to claim 2, wherein: 補正前の入力画像に対する補正後の画像の水平方向の拡大倍率に応じて係数aijkl並びに画像中心の座標x0,y0の少なくとも何れか1つを変更することを特徴とする請求項2又は3記載の画像歪み補正方法。 The coefficient a ijkl and at least one of the image center coordinates x 0 and y 0 are changed according to the horizontal magnification of the corrected image with respect to the input image before correction. 3. The image distortion correction method according to 3. 正前の入力画像に対する補正後の画像の水平方向の位置移動量に応じて係数a ijkl 並びに画像中心の座標x 0 ,y 0 の少なくとも何れか1つを変更することを特徴とする請求項2〜4の何れか1項に記載の画像歪み補正方法。 Claims, characterized in that to change at least one of complement factor according to the position movement amount in the horizontal direction of the image after correction to the positive input image before a ijkl and coordinate x 0 of the image center, y 0 The image distortion correction method according to any one of 2 to 4 . 正前の入力画像に対する補正後の画像の上端と下端における水平方向の拡大倍率の比に応じて係数a ijkl 並びに画像中心の座標x 0 ,y 0 の少なくとも何れか1つを変更することを特徴とする請求項2〜5の何れか1項に記載の画像歪み補正方法。 Altering at least one of coefficients a ijkl and coordinate x 0 of the image center, y 0 in accordance with the ratio between the horizontal magnification of the top and bottom of the image after correction for compensation prior to input image The image distortion correction method according to claim 2, wherein the image distortion correction method is one of the following. 前記座標変換式で求めた入力画像の座標が実際の入力画像の範囲内に存在しない場合に当該座標の画素値として、当該座標と同一の水平ライン上において最も近い位置に存在し且つ実際の入力画像の範囲内に存在する座標の画素値を採用することを特徴とする請求項記載の画像歪み補正方法。 When the coordinates of the input image obtained by the coordinate conversion formula do not exist within the range of the actual input image, the pixel value of the coordinate is present at the closest position on the same horizontal line as the coordinate and the actual input image distortion correction method of claim 1, wherein employing the pixel values of the coordinates exist within the range of the image. 前記座標変換式で求めた入力画像の座標が実際の入力画像の範囲内に存在しない場合に当該座標の画素値として無彩色を表す値を採用することを特徴とする請求項記載の画像歪み補正方法。 Image distortion according to claim 1, characterized by using a value representing an achromatic color when not within range of the coordinate conversion formula in the obtained input image coordinates actual input image as a pixel value of the coordinates Correction method. 前記無彩色を表す値として黒色を表す値を採用することを特徴とする請求項8記載の画像歪み補正方法。 The image distortion correction method according to claim 8, wherein a value representing black is adopted as the value representing the achromatic color . 前記座標変換式で求めた入力画像の座標が実際の入力画像の範囲内に存在しない場合に当該座標が表示範囲外となるように係数a ijkl を調整して画像を拡大することを特徴とする請求項記載の画像歪み補正方法。 When the coordinates of the input image obtained by the coordinate conversion formula do not exist within the range of the actual input image, the image is enlarged by adjusting the coefficient a ijkl so that the coordinates are outside the display range. The image distortion correction method according to claim 1 . 前記座標変換式で求めた入力画像の座標が実際の入力画像の範囲内に存在しない場合に、入力画像を拡大することで当該座標が表示範囲外となるように係数a ijkl を調整することを特徴とする請求項記載の画像歪み補正方法 When the coordinates of the input image obtained by the coordinate conversion formula do not exist within the range of the actual input image, the coefficient a ijkl is adjusted so that the coordinates are outside the display range by enlarging the input image. image distortion correction method of claim 1, wherein.
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