CN107424126A - 图像校正方法、装置、设备、***及摄像设备和显示设备 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种图像校正方法、装置、设备、***及摄像设备和显示设备，所述方法包括：获取待校正的图像；基于预确定的映射关系，获取与各像素点在所述图像中的坐标所对应的坐标，构成各像素点的校正坐标；根据各像素点的校正坐标，生成所述图像的校正图像。实施本发明实施例，无需针对不同的畸变分别采取不同的畸变校正操作，可以通过预确定的坐标映射关系，由像素点在待校正的图像中的坐标，直接映射出像素点在校正畸变后的图像中的坐标。在有效校正畸变的同时，能简化畸变校正操作，进而降低畸变校正操作对图像信息的破坏程度、减少畸变操作所消耗的计算资源。
Description
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及图像校正方法、装置、设备、***及摄像设备和显示设备。
背景技术
实际应用中，很多场景需要摄像模块捕获黑板图像(黑板为可以反复书写的书写平面)，将捕获的图像转换成电子文档，并在显示终端显示。但是，摄像设备捕获的图像存在畸变，例如：摄像模块的光学透镜固有的透视失真造成的径向畸变或切向畸变，摄像模块与被拍对象间的相对位置造成的透视畸变等等。而相关的图像处理技术难以有效校正图像存在的畸变。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种图像校正方法、装置、设备、***及摄像设备和显示设备，以解决相关的图像处理技术难以有效校正畸变的问题。
根据本发明的第一方面，提供一种图像校正方法，包括步骤：
获取待校正的图像；
基于预确定的映射关系，获取与各像素点在所述图像中的坐标所对应的坐标，构成各像素点的校正坐标；所述坐标映射关系为像素点在畸变校正前后的图像中的坐标的直接对应关系，其关系参数包括拍摄所述图像的摄像模块的内参数和外参数；
根据各像素点的校正坐标，生成所述图像的校正图像。
根据本发明的第二方面，提供一种图像校正装置，包括：
图像获取模块，用于获取待校正的图像；
坐标映射模块，用于基于预确定的坐标映射关系，获取与各像素点在所述图像中的坐标所对应的坐标，构成各像素点的校正坐标；所述坐标映射关系为像素点在畸变校正前后的图像中的坐标的直接对应关系，其关系参数包括拍摄所述图像的摄像模块的内参数和外参数；
图像校正模块，用于根据各像素点的校正坐标，生成所述图像的校正图像。
根据本发明的第三方面，提供一种图像校正设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：
获取待校正的图像；
基于预确定的映射关系，获取与各像素点在所述图像中的坐标所对应的坐标，构成各像素点的校正坐标；所述坐标映射关系为像素点在畸变校正前后的图像中的坐标的直接对应关系，其关系参数包括拍摄所述图像的摄像模块的内参数和外参数；
根据各像素点的校正坐标，生成所述图像的校正图像。
根据本发明的第四方面，提供一种摄像设备，包括摄像头、存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：
控制所述摄像头进行拍摄；
基于预确定的坐标映射关系，获取与各像素点在所拍摄的图像中的坐标所对应的坐标，构成各像素点的校正坐标；所述坐标映射关系为像素点在畸变校正前后的图像内的坐标对应关系，其关系参数包括所述摄像头的内参数和外参数；
根据各像素点的校正坐标，生成所拍摄的图像的校正图像。
根据本发明的第五方面，提供一种一体化书写机，包括书写设备以及安装在所述书写设备上的预定位置的摄像设备，所述摄像设备包括摄像头、存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：
控制所述摄像头对所述书写设备进行拍摄；
基于预确定的坐标映射关系，获取与各像素点在所拍摄的图像中的坐标所对应的坐标，构成各像素点的校正坐标；所述坐标映射关系为像素点在畸变校正前后的图像中的坐标的直接对应关系，其关系参数包括所述摄像头的内参数和外参数；
根据各像素点的校正坐标，生成所拍摄的图像的校正图像。
根据本发明的第六方面，提供一种图像校正***，包括书写设备以及摄像设备，所述摄像设备安装在预定位置，包括摄像头、存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：
控制所述摄像头对所述书写设备进行拍摄；
基于预确定的坐标映射关系，获取与各像素点在所拍摄的图像中的坐标所对应的坐标，构成各像素点的校正坐标；所述坐标映射关系为像素点在畸变校正前后的图像内的坐标对应关系，其关系参数包括所述摄像头的内参数和外参数；
根据各像素点的校正坐标，生成所拍摄的图像的校正图像。
根据本发明的第七方面，提供一种显示设备，包括显示单元、存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：
获取待校正的图像；
基于预确定的坐标映射关系，获取与各像素点在所述图像中的坐标所对应的坐标，构成各像素点的校正坐标；所述坐标映射关系为像素点在畸变校正前后的图像中的坐标的直接对应关系，其关系参数包括拍摄所述图像的摄像模块的内参数和外参数；
根据各像素点的校正坐标，生成所述图像的校正图像；
控制所述显示单元显示所述校正图像。
根据本发明的第八方面，提供一种图像校正***，包括书写设备、显示设备以及所述显示设备关联的摄像设备，所述摄像设备安装在预定位置，用于对所述书写设备进行拍摄，所述显示设备包括网络接口、显示单元、存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：
控制所述网络接口获取所述摄像设备所拍摄的图像；
基于预确定的坐标映射关系，获取与各像素点在所述图像中的坐标所对应的坐标，构成各像素点的校正坐标；所述坐标映射关系为像素点在畸变校正前后的图像中的坐标的直接对应关系，其关系参数包括拍摄所述图像的摄像模块的内参数和外参数；
根据各像素点的校正坐标，生成所述图像的校正图像；
控制所述显示单元显示所述校正图像。
实施本发明提供的实施例，在有图像需要校正畸变时，基于预确定的坐标映射关系，获取与各像素点在所述图像中的坐标所对应的坐标，构成各像素点的校正坐标，然后根据各像素点的校正坐标，生成所述图像的校正图像。由于预确定的坐标映射关系为像素点在畸变校正前后的图像中的坐标对应关系，而且坐标映射关系的关系参数包括能表征径向畸变的内参数、以及能表征透视畸变的外参数，因此，无需针对不同的畸变分别采取不同的畸变校正操作，逐步校正不同的畸变，通过该坐标映射关系，由像素点在待校正的图像中的坐标，直接映射出像素点在校正径向畸变和透视畸变后的图像中的坐标。在有效校正畸变的同时，能简化畸变校正操作，进而降低畸变校正操作对图像信息的破坏程度、减少畸变操作所消耗的计算资源。
附图说明
图1a是本发明一示例性实施例示出的一种拍摄图像的应用场景示意图；
图1b是本发明一示例性实施例示出的一种校正拍摄图像的示意图；
图2是本发明一示例性实施例示出的一种图像校正方法的流程图；
图3是本发明一示例性实施例示出的用于实现图像校正的图像校正设备的硬件结构图；
图4是本发明一示例性实施例示出的用于实现图像校正的摄像设备的硬件结构图；
图5是本发明一示例性实施例示出的一种图像校正***的硬件以及硬件间的交互示意图；
图6是本发明一示例性实施例示出的用于实现图像校正的显示设备的硬件结构图；
图7是本发明一示例性实施例示出的另一种图像校正***的硬件以及硬件间的交互示意图；
图8是本发明一示例性实施例示出的图像校正装置的逻辑框图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本发明可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
请参阅图1a，图1a是本发明一示例性实施例示出的一种拍摄图像的应用场景示意图：
图1a示出的应用场景包括书写设备、摄像设备以及与摄像设备关联的固定显示设备和/或移动显示设备，摄像设备装设在预定位置，对书写设备进行拍摄，摄像设备一般安装在能拍摄到书写设备的书写平面的区域，拍摄的图像可以指静态图像或视频的各帧图像，携带有书写设备的书写平面。在拍摄到图像后，摄像设备可以将图像传输到固定显示设备和/或移动显示设备进行显示。例如：书写区域书写有图1a所示的“书写内容”时，拍摄的图像包括图1a所示的“书写内容”，显示的图像也包括图1a所示的“书写内容”。在其他例子中，还可以将带有数据信息的纸页、图片等贴到书写区域，供摄像设备拍摄。
其中，书写设备可以是黑板、智能手写板或者黑板与智能手写板的结合体等，黑板指能用粉笔等特定的书写材料(如图1a中所示的书写笔)反复书写的平面，可以用于教学或会议，其平面颜色多为黑色、墨绿色、白色或米黄色等颜色。
智能书写板，可以指能感应用户手指或智能书写笔的触击，成并显示对应的文本/图形信息的设备。在其他例子中，书写设备还可以是具有书写功能的其他设备，本发明对此不做限制。
摄像设备，可以是镜头角度较广的广角摄像设备或鱼眼摄像设备，也可以是其他类型的摄像设备，本发明对此不做限制。
固定显示设备，可以是个人计算机、互联网电视、显示墙等设备，本例子仅以LED显示屏为例进行示例说明。
移动显示设备，可以是膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、平板计算机、可穿戴设备等设备，本例子仅以智能电话为例进行示例说明。
在其他例子中，拍摄图像的应用场景可以包括多台移动显示设备的数目和/或多台固定显示设备，本发明对此不做限制。
实际应用中，摄像设备在拍摄书写设备的书写区域时，其摄像模块的光学透镜固有的透视失真会导致拍摄的图像存在径向畸变和/或切向畸变，而且摄像设备与被拍对象间的相对位置会导致拍摄的图像存在透视畸变。一般情况下，摄像设备的镜头角度越广，拍摄的图像中的径向畸变越明显，摄像设备的镜头与书写平板间的夹角越小，拍摄的图像中的透视畸变越明显。
如图1b所示，原始图像101是镜头为广角镜头或鱼眼镜头的摄像设备拍摄的图像，存在较明显的径向畸变和透视畸变，图像质量较差。为了提高图像质量，本发明设计人员可以先采用径向畸变校正模型校正原始图像101中的径向畸变，生成中间图像102，然后采用透视映射模型校正中间图像102中的透视畸变，生成最终图像103，该最终图像103中的径向畸变和透视畸变都不明显，相对原始图像101，图像质量明显较高。但是，校正透视畸变和校正径向畸变的两个过程，会分别对图像信息造成不可以的破坏，分步进行畸变校正，会造成累积的破坏，降低校正所得图像的图像质量，而且两个畸变校正过程操作繁复、消耗的计算资源较多，导致畸变校正效率较低。本发明可以进而针对分步校正拍摄图像中的径向畸变和透视畸变的校正方案，存在图像质量差、校正效率低的问题，提出解决方案。
本发明的方案，考虑到校正透视畸变和校正径向畸变的两个过程，分步执行的话，操作繁复、消耗的计算资源较多，且易造成累积的图像破坏，可以预先确定能反应像素点在畸变校正(如透视畸变和径向畸变校正)前后的图像中的坐标对应关系的坐标映射关系，在有图像需要校正畸变时，基于预确定的坐标映射关系，获取与各像素点在所述图像中的坐标所对应的坐标，构成各像素点的校正坐标，然后根据各像素点的校正坐标，生成所述图像的校正图像。由于预确定的坐标映射关系为像素点在畸变校正前后的图像中的坐标对应关系，而且坐标映射关系的关系参数包括能表征径向畸变的内参数、以及能表征透视畸变的外参数，因此，无需针对不同的畸变分别采取不同的畸变校正操作，逐步校正不同的畸变，通过该坐标映射关系，由像素点在待校正的图像中的坐标直接映射出像素点在校正径向畸变和透视畸变后的图像中的坐标。在有效校正畸变的同时，能简化畸变校正操作，进而降低畸变校正操作对图像信息的破坏程度、减少畸变操作所消耗的计算资源。以下结合附图详细说明本发明的图像校正过程。
请参阅图2，图2是本发明一示例性实施例示出的图像校正方法的流程图，该实施例可以应用于具备图像处理能力的各种电子设备，包括以下步骤S201-S203：
步骤S201，获取待校正的图像。
步骤S202，基于预确定的映射关系，获取与各像素点在所述图像中的坐标所对应的坐标，构成各像素点的校正坐标；所述坐标映射关系为像素点在畸变校正前后的图像中的坐标的直接对应关系，其关系参数包括拍摄所述图像的摄像模块的内参数和外参数。
步骤S203，根据各像素点的校正坐标，生成所述图像的校正图像。
本发明实施例中，内参数由摄像模块的固有属性决定，为摄像模块固有的光电和几何参数，可以包括焦距、主点坐标以及径向畸变系数和/或切向畸变系数等，在其他例子中还可以包括图像传感器格式(image sensor format)；外参数可以包括旋转参数和平移参数，旋转参数和平移参数表示三维现实世界坐标系到三维相机坐标系的转换关系。外参数由摄像模块与被拍对象的相对位置决定，内参数。
电子设备可以是摄像设备、显示设备等能实现图像校正功能的设备。本发明的图像校正方法的执行主体可以是前述各种电子设备。
当电子设备为摄像设备时，所述摄像模块为所述摄像设备的摄像头，所述图像由所述摄像头拍摄所得。摄像头的视角不同时，拍摄所得图像存在的径向畸变和/或切向畸变的畸变程度不同，摄像头的入射角(由摄像设备与被拍对象的相对位置决定)不同时，拍摄所得图像存在的透视畸变的畸变程度不同。
当电子设备为预定的显示设备时，如图1a所示的移动显示设备或固定显示设备，本发明的实施例可以通过以下操作获取待校正的图像：
通知与所述显示设备关联的摄像设备拍摄图像。
接收所述摄像设备发送的图像为待校正的图像。
在其他例子中，预定的显示设备可以预先存储关联的摄像设备拍摄的图像，当需要显示预存的图像时，再调取预存的图像，将调取的图像作为待校正的图像进行校正。
实际应用中，考虑到畸变校正速度，针对拍摄对象固定、且安装位置固定的摄像设备，本发明设计人员可以预确定坐标映射关系，然后针对随机拍摄的图像中的各像素点的坐标，根据坐标映射关系，直接计算出对应的坐标，然后针对图像中的各像素点的坐标和计算出的坐标建立映射表，将映射表与所述坐标映射关系对应存储。在获取到待校正的图像后，能基于预确定的坐标映射关系，通过以下操作快速获取与各像素点在所述图像中的坐标所对应的坐标：
获取能反映所述坐标映射关系的映射表。
从所述映射表中查找与各像素点在所述图像中的坐标所对应的坐标。
这里提到的坐标指单个像素点在图像中的位置参数，也可以指预定的像素点集合中某些像素点在图像中的位置参数。一般情况下，可以预先建立图像坐标系，将像素点在图像坐标系中的投影值作为像素点在图像中的坐标，其他例子中，可以其他方式表示像素点的坐标，本发明实施例对此不做限制。
其中，预确定坐标映射关系的过程中，可以针对拍摄对象固定、且安装位置固定的摄像设备，随机拍摄多幅图像，对校正畸变前后的每幅图像中的像素点的坐标，进行函数拟合，拟合出坐标映射关系。也可以对径向畸变校正模型和透视映射模型进行联合，推导出以上提到的坐标映射关系，具体推导过程可以参阅以下操作S1-S4：
S1、将预定的现实场景中的部分对象定为目标点，并控制所述摄像模块在预定位置拍摄所述现实场景。
其中，预定的现实场景可以如图1a所示，目标点可以是书写区域中存在“书写内容”的各区域。所述摄像模块为摄像设备的摄像头。
S2、获取该目标点在现实世界与拍摄图像中的坐标对应关系；该坐标对应关系的关系参数包括所述内参数。
S3、获取该目标点在校正径向畸变的拍摄图像中与在校正径向畸变和透视畸变后的拍摄图像中的坐标对应关系；该坐标对应关系的关系参数包括所述外参数。
S4、当该目标点在所述显示世界的坐标与在校正径向畸变和透视畸变后的拍摄图像的坐标一致时，基于获取的各坐标对应关系，获得所述坐标映射关系。
在一个例子中，可以通过以下操作获取该目标点在现实世界与拍摄图像中的坐标对应关系：
基于所述现实场景的世界坐标系与所述摄像模块的相机坐标系之间的坐标转换关系，确定该目标点在所述世界坐标系与在所述相机坐标系的坐标间的对应关系为第一对应关系。
确定该目标点在所述相机坐标系中的坐标与其针孔投影坐标间的对应关系为第二对应关系。
确定所述拍摄模块的入射角与该目标点的针孔投影坐标间的对应关系为第三对应关系。
根据所确定的第一对应关系、第二对应关系和第三对应关系，计算出所述拍摄模块的入射角与该目标点在所述世界坐标系中的坐标间的对应关系为第四对应关系。
确定该目标点在所述拍摄图像中到图像畸变中心的距离。
根据校正径向畸变的畸变校正模型，确定所述入射角与所述距离间的对应关系为第五对应关系。
基于所述第四对应关系和所述第五对应关系，得到该目标点在现实世界与拍摄图像中的坐标对应关系。
在另一个例子中，可以通过以下操作获取该目标点在校正径向畸变的拍摄图像中与在校正径向畸变和透视畸变后的拍摄图像中的坐标对应关系：
根据校正径向畸变的畸变校正模型，校正所述拍摄图像中的径向畸变，并确定该目标点在校正径向畸变后的图像中的坐标。
提取校正径向畸变后的图像中的梯形区域的边界坐标。
基于提取的边界坐标以及预确定的矩形区域的边缘坐标，获取所述梯形区域的边界坐标与所述矩形区域的坐标间的变换矩阵；所述变换矩阵的矩阵元素由所述拍摄模块的外参数构成。其中，所述矩形区域的尺寸比例与所述梯形区域在现实场景中尺寸比例一致。
基于所述变换矩阵，获得该目标点在校正径向畸变的拍摄图像中与在校正径向畸变和透视畸变后的拍摄图像中的坐标对应关系。
本例子中，梯形区域在现实场景中的尺寸比例(如长宽比例)可以是图1a所示的书写区域的尺寸比例(如长宽比例)，所述矩形区域的尺寸比例(如长宽比例)与所述书写区域的尺寸比例(如长宽比例)一致，提取这个梯形区域可以有多种方法。例如，可在书写区域的四个角的位置安装红外灯，利用拍摄图像检测出这四个红外灯的位置即完成梯形区域的提取。再如，可通过边缘检测等算法，直接从图像提取书写区域的边缘构成梯形区域。当然，还可以交互的方式让用户指定书写区域的四个关键点的坐标。
在其他例子中，还可以提取校正径向畸变后的图像中的其他形状的区域的边界坐标，例如椭圆形区域的边界坐标；预确定除矩形区域外的其他形状的区域，例如圆形区域的边界坐标，本发明对此不做限制。
实际应用中，径向畸变校正模型可以为公式(1)至公式(5)分别所示的等距投影模型、等立体角投影模型、正交投影模型、体视投影模型、多项式近似模型，世界坐标系与相机坐标系之间的坐标转换关系如公式(6)所示，针孔投影坐标如公式(7)所示，摄像模块的入射角与针孔投影坐标的关系如公式(8)和(9)所示，目标点在拍摄的图像内的坐标如公式(10)和(11)所示，含有所述变换矩阵的透视映射模型如公式(12)所示，该目标点在校正径向畸变后的图像和校正径向畸变与透视畸变后的图像中的坐标对应关系，如公式(13)所示，该目标点在现实世界与拍摄图像中的坐标对应关系如公式(14)和(15)所示，坐标映射关系如公式(16)和公式(17)所示，通过各公式(1)至(15)可以推导出公式(16)和公式(17)，以下介绍具体推导过程：
θd＝fθ (1)
其中，θd表示图像中的点到畸变中心的距离，f是相机的焦距，θ是入射光线与相机光轴之间的夹角，即入射角。
θd＝f sinθ (3)
θd＝k0θ+k1θ3+k2θ5+k3θ7+... (5)
其中，k0至kn是多项式系数，可以通过拟合或标定的方式获得。
其中，目标点P在现实世界的坐标(x,y,z)，在相机坐标系中的坐标为(x′,y′,z′),机坐标系相对于世界坐标系的旋转矩阵为R，偏移向量为T。
其中，目标点P的针孔投影坐标为(x′′,y′′)。
r2＝x″2+y″2 (8)
θ＝arctan(r) (9)
由公式(9)中的θ和径向畸变校正模型，可以计算出图像中的点到畸变中心的距离θd，从而最终算出目标点P在拍摄的图像中的坐标(u,v)：
其中，fx和fy为x方向和y方向上的焦距，cx和cy为主点(principal point)，通常位于图像中心。这些未知变量、以及径向畸变校正模型的参数为摄像模块的内参数，均可通过相机标定获得。在其他例子中也可以通过拟合或其他方式获得，本发明对此不做限制。
在确定好目标点P在拍摄的图像中的坐标后，可以对拍摄的图像校正径向畸变，然后对校正径向畸变后的图像校正透视畸变，基于两步校正后的图像，可以该目标点在校正径向畸变与校正透视畸变和透视畸变后的拍摄图像中的坐标对应关系。
在某个例子中，校正径向畸变后的图像如图1b所示的中间图像102，校正径向畸变和透视畸变后的图像如图1b所示的最终图像103，书写设备可以是黑板，最终图像103可以是标准黑板图像，由于标准黑板图像的畸变不明显，黑板区域(书写区域)的边缘均恢复为直线，因此黑板区域可由四边形描述。提取这个四边形(梯形)可以有多种方法。例如，可在黑板四个角的位置安装红外灯，利用拍摄图像检测出这四个红外灯的位置即完成四边形的提取。再如，可通过边缘检测等算法，直接从图像提取黑板的边缘构成四边形。当然，还可以交互的方式让用户指定黑板区域的四个关键点的坐标。得到这个四边形后，通过推导这个四边形到标准黑板区域所构成的矩形的变换矩阵M，即可得到透视映射模型(12)：
其中，(u″,v″)是目标点P在标准黑板图像中的坐标，(u′,v′)是目标点P在校正径向畸变后的图像中的坐标。M的组成部分即为摄像模块的外参数，本发明方案对于黑板区域的提取方法不做限制，对M如何获得亦不做限制。
由公式(12)可以得出目标点P在校正径向畸变后的图像中的坐标的表达式(13)：
然后，联立公式(1)-(11)可导出目标点P在现实世界的坐标(x,y,z)和在拍摄的图像中的坐标(u,v)的坐标对应关系：
u＝gu(x，y，z) (14)
v＝gv(x，y，z) (15)
在某些例子中，所述现实世界的世界坐标系可以与校正透视畸变后的拍摄图像的图像坐标系一致，此时，坐标(u′,v′,1)可以看作是现实世界中P点的坐标(x,y,z)，将之代入公式(14)和(15)中，并结合公式(13)，可导出目标点P在校正径向畸变和透射畸变后的图像中的(u″，v″)到拍摄图像中的坐标(u,v)的映射关系：
u＝hu(u″，v″) (16)
v＝hv(u″，v″) (17)
由上述实施例和公式可知：摄像设备的固定位置、姿态以及对拍摄对象(如书写设备)拍摄角度固定后，便可以确定出以上提到的坐标映射关系(单一的直接映射关系)。换言之，对于校正图像中的每一个像素的坐标(u′′,v′′)，其对应的原始的拍摄图像上的像素点的坐标为(hu(u″,v″),hv(u″,v″))。因此，本发明可以把校正图像中的各个像素的坐标，以及其对应的原始的拍摄图像中的像素点的坐标预先算好，得到一张映射表。这样，处理待校正的图像时就不再需要计算hu(u″,v″)和hv(u″,v″)，直接查表即以实现快速映射。
在根据以上提到的坐标映射关系确定好各像素点的校正坐标后，可以读取各像素点在待校正的图像内的像素特征，然后根据对应的校正坐标，在图像编辑界面的对应位置添加像素点，并设置该像素点的像素特征与待校正的图像内的对应像素点的像素特征一致，生成校正图像。在其他例子中，还可以采取其他技术根据各像素点的校正坐标，生成校正图像，本发明对此不做限制。
某些例子中，各像素点的校正坐标并非整数，如果直接将校正坐标取整后，生成校正图像，校正图像内相邻像素点的像素特征差距较大，会造成图像失真，为了解决该问题，本发明方案，可以通过像素差值法处理非整数的校正坐标。具体处理时，如果像素点A的校正坐标不是整数，可以求取像素点A周围的像素点的坐标的平均值，将求取的平均值作为像素点A的校正坐标。
此外，为了进一步提高校正图像的图像质量，还可以对校正图像进行图像增强、文字/符号/公式检测与识别。
在其他实施例中，摄像模块的光学透镜固有的透视失真造成的畸变不同于径向畸变时，例如造成切向畸变，还可以采用其他的相关畸变校正模型替代径向畸变校正模型，对相关畸变校正模型和透视映射模型进行联合，推导出以上提到的坐标映射关系，也可以对径向畸变校正模型和透视映射模型进行联合，推导出以上提到的坐标映射关系，具体推导过程可以参阅以下操作：
将预定的现实场景中的部分对象定为目标点，并控制所述摄像模块在预定位置拍摄所述现实场景。
其中，预定的现实场景可以如图1a所示，目标点可以是书写区域中存在“书写内容”的各区域。所述摄像模块为摄像设备的摄像头。
获取该目标点在现实世界与拍摄图像中的坐标对应关系；该坐标对应关系的关系参数包括所述内参数。
获取该目标点在校正相关畸变的拍摄图像中与在校正相关畸变和透视畸变后的拍摄图像中的坐标对应关系；该坐标对应关系的关系参数包括所述外参数。
当该目标点在所述显示世界的坐标与在校正相关畸变和透视畸变后的拍摄图像的坐标一致时，基于获取的各坐标对应关系，获得所述坐标映射关系。
其中，相关畸变可以单指切向畸变，也可以指径向畸变和/或切向畸变。
以下结合图像校正操作的不同执行主体，对本发明实施例进行详细描述，其中假设摄像设备为广角摄像设备，预定的显示设备为固定显示设备和/或移动显示设备。
本发明的图像校正装置的实施例可以通过软件实现，也可以通过硬件或者软硬件结合的方式实现。以软件实现为例，作为一个逻辑意义上的装置，是通过其所在设备的处理器将非易失性存储器中对应的计算机程序指令读取到内存中运行形成的。从硬件层面而言，如图3所示，为本发明图像校正装置331所在图像校正设备的一种硬件结构图，除了图3所示的处理器310、内存330、网络接口320、以及非易失性存储器340之外，实施例中装置所在的设备通常根据该设备的实际功能，还可以包括其他硬件，对此不再赘述。图像校正设备的存储器可以存储处理器可执行指令；处理器可以耦合存储器，用于读取所述存储器存储的程序指令，并作为响应，执行如下操作：获取待校正的图像；基于预确定的映射关系，获取与各像素点在所述图像中的坐标所对应的坐标，构成各像素点的校正坐标；所述坐标映射关系为像素点在畸变校正前后的图像中的坐标的直接对应关系，其关系参数包括拍摄所述图像的摄像模块的内参数和外参数；根据各像素点的校正坐标，生成所述图像的校正图像。在其他实施例中，处理器所执行的操作可以参考上文方法实施例中相关的描述，在此不予赘述。
某些场景下，图像校正设备可以具体为摄像设备，从硬件层面而言，如图4所示，为本发明图像校正装置431所在摄像设备的一种硬件结构图，除了图4所示的处理器410、内存430、网络接口420、以及非易失性存储器440之外，实施例中装置所在的设备通常根据该设备的实际功能，还可以包括摄像头450和其他硬件，对此不再赘述。摄像设备的存储器440可以存储处理器410可执行指令；处理器410可以耦合存储器440，用于读取存储器440存储的程序指令到内存330，并作为响应，执行如下操作：控制所述摄像头进行拍摄；基于预确定的坐标映射关系，获取与各像素点在所拍摄的图像中的坐标所对应的坐标，构成各像素点的校正坐标；所述坐标映射关系为像素点在畸变校正前后的图像内的坐标对应关系，其关系参数包括所述摄像头的内参数和外参数；根据各像素点的校正坐标，生成所拍摄的图像的校正图像。
在图像校正设备具体为摄像设备时，结合图1a所示的应用场景，本发明实施例的图像校正***如图5所示，可以包括书写设备以及安装在预定位置的摄像设备，所述摄像设备可以包括如图4所示的摄像头450、内存430、网络接口420、存储器440、处理器410及存储在存储器440上并可在处理器410上运行的计算机程序。摄像设备的存储器440可以存储处理器410可执行指令；处理器410可以耦合存储器440，用于读取存储器440存储的程序指令到内存430，并作为响应，执行如下操作：控制所述摄像头对所述书写设备进行拍摄；基于预确定的坐标映射关系，获取与各像素点在所拍摄的图像中的坐标所对应的坐标，构成各像素点的校正坐标；所述坐标映射关系为像素点在畸变校正前后的图像内的坐标对应关系，其关系参数包括所述摄像头的内参数和外参数；根据各像素点的校正坐标，生成所拍摄的图像的校正图像。
实际应用时，摄像设备先拍摄书写设备的书写区域，对拍摄的图像进行校正，具体校正时，由处理器410用于读取存储器440存储的程序指令到内存430，并作为响应，执行如上所述的操作生成校正图像。
在某些例子中，需要将校正图像呈现给用户，本发明实施例的图像校正***还可以进一步包括与摄像设备关联的显示设备，摄像设备和显示设备可以通过网络进行连接，显示设备可以包括如图5所示的固定显示设备和/或移动显示设备。在拍摄设备生产校正图像后，可以通过网络接口420将校正图像发送给固定显示设备和/或移动显示设备进行显示。
在其他例子中，摄像设备可以安装在书写设备上的预定位置，两者组成一体化书写机，这里提到的预定位置可以是书写设备的外壳的中间部位。其中，摄像设备可以包括如图4所示的摄像头450、内存430、网络接口420、存储器440、处理器410及存储在存储器440上并可在处理器410上运行的计算机程序。摄像设备的存储器440可以存储处理器410可执行指令；处理器410可以耦合存储器440，用于读取存储器440存储的程序指令到内存430，并作为响应，执行如下操作：控制所述摄像头对所述书写设备进行拍摄；基于预确定的坐标映射关系，获取与各像素点在所拍摄的图像中的坐标所对应的坐标，构成各像素点的校正坐标；所述坐标映射关系为像素点在畸变校正前后的图像中的坐标的直接对应关系，其关系参数包括所述摄像头的内参数和外参数；根据各像素点的校正坐标，生成所拍摄的图像的校正图像。
书写设备可以根据实际的应用需要，设置为不同类型的设备。例如，既需要传统的书写板又需要智能书写板的场景，所述书写设备可以包括黑板和智能书写板，所述预定位置为所述黑板的边框的指定位置。黑板和智能书写板可以组合在一起，构成书写设备。智能书写板可以用来感应用户手指或智能书写笔的触击，成并显示对应的文本/图形信息，还可以兼具显示校正图像的功能。
再比如，既需要传统的书写板又需要显示屏的场景，所述书写设备可以包括黑板和显示器，所述预定位置为所述黑板的边框的指定位置，所述显示器可以用于显示所述校正图像。显示器和黑板可以组合在一起，构成书写设备。
在其他场景中，图像校正设备可以具体为显示设备，从硬件层面而言，如图6所示，为本发明图像校正装置631所在显示设备的一种硬件结构图，除了图6所示的处理器610、内存630、网络接口620、以及非易失性存储器640之外，实施例中装置所在的设备通常根据该设备的实际功能，还可以包括显示单元650和其他硬件，对此不再赘述。显示设备的存储器640可以存储处理器610可执行指令；处理器610可以耦合存储器640，用于读取存储器640存储的程序指令到内存630，并作为响应，执行如下操作：获取待校正的图像；基于预确定的坐标映射关系，获取与各像素点在所述图像中的坐标所对应的坐标，构成各像素点的校正坐标；所述坐标映射关系为像素点在畸变校正前后的图像中的坐标的直接对应关系，其关系参数包括拍摄所述图像的摄像模块的内参数和外参数；根据各像素点的校正坐标，生成所述图像的校正图像；控制所述显示单元显示所述校正图像。
当图像校正设备具体为显示设备时，结合图1a所示的应用场景，本发明实施例的图像校正***如图7所示，可以包括包括书写设备、显示设备以及所述显示设备关联的摄像设备，显示设备可以包括固定显示设备和/或移动显示设备，所述摄像设备安装在预定位置，用于对所述书写设备进行拍摄，拍摄好图像后，摄像设备可以将拍摄的图像分别传输到固定显示设备和移动显示设备。
固定显示设备和移动显示设备可以分别包括如图6所示的处理器610、内存630、网络接口620、以及非易失性存储器640之外，实施例中装置所在的设备通常根据该设备的实际功能，还可以包括显示单元650和其他硬件，对此不再赘述。固定显示设备或移动显示设备的存储器640可以存储处理器610可执行指令；处理器610可以耦合存储器640，用于读取存储器640存储的程序指令到内存630，并作为响应，执行如下操作：制所述网络接口获取所述摄像设备所拍摄的图像；基于预确定的坐标映射关系，获取与各像素点在所述图像中的坐标所对应的坐标，构成各像素点的校正坐标；所述坐标映射关系为像素点在畸变校正前后的图像中的坐标的直接对应关系，其关系参数包括拍摄所述图像的摄像模块的内参数和外参数；根据各像素点的校正坐标，生成所述图像的校正图像；控制所述显示单元显示所述校正图像。
在其他例子中，本发明实施例的图像校正***中的书写设备和摄像设备可以组成一体化的书写机，摄像设安装在书写设备上的预定位置。
此外，本发明实施例的图像校正***中的书写设备、显示设备和摄像设备可以组成一体化的书写机，摄像设安装在书写设备上的预定位置，书写设备和显示设备可以组合在一起。
与前述方法、***和设备的实施例相对应，本发明还提供了装置的实施例。
参见图8，图8是本发明一示例性实施例示出的图像校正装置的逻辑框图，该装置可以包括：图像获取模块810、坐标映射模块820和图像校正模块830。
其中，图像获取模块810，用于获取待校正的图像。
坐标映射模块820，用于基于预确定的坐标映射关系，获取与各像素点在所述图像中的坐标所对应的坐标，构成各像素点的校正坐标；所述坐标映射关系为像素点在畸变校正前后的图像中的坐标的直接对应关系，其关系参数包括拍摄所述图像的摄像模块的内参数和外参数。
图像校正模块830，用于根据各像素点的校正坐标，生成所述图像的校正图像。
一些例子中，本发明实施例的图像校正装置装设于预定的摄像设备内，所述摄像模块为所述摄像设备的摄像头，所述图像由所述摄像头拍摄所得。
另一些例子中，本发明实施例的图像校正装置装设于预定的显示设备内，图像获取模块810可以包括：
摄像通知模块，用于通知与所述显示设备关联的摄像设备拍摄图像。
图像接收模块，用于接收所述摄像设备发送的图像为待校正的图像。
另一些例子中，坐标映射模块820可以包括：
映射表获取模块，用于获取能反映所述坐标映射关系的映射表。
坐标查找模块，用于从所述映射表中查找与各像素点在所述图像中的坐标所对应的坐标。
另一些例子中，所述坐标映射关系的预确定模块用于：
将预定的现实场景中的部分对象定为目标点。
获取该目标点在现实世界与拍摄图像中的坐标对应关系；该坐标对应关系的关系参数包括所述摄像模块的内参数。
获取该目标点在校正径向畸变与校正透视畸变和透视畸变后的拍摄图像中的坐标对应关系。
该目标点在所述显示世界的坐标与在校正径向畸变和透视畸变后的拍摄图像的坐标一致时，基于获取的各坐标对应关系，生成所述坐标映射关系。
上述装置中各个单元(或模块)的功能和作用的实现过程具体详见上述实施例中所述的物联网、以及物联网的路由方法中对应步骤的实现过程，在此不再赘述。
对于装置实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元或模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元或模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元或模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元或模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本发明方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
Claims (19)
1.一种图像校正方法，其特征在于，包括步骤：
获取待校正的图像；
基于预确定的坐标映射关系，获取与各像素点在所述图像中的坐标所对应的坐标，构成各像素点的校正坐标；所述坐标映射关系为像素点在畸变校正前后的图像中的坐标的直接对应关系，其关系参数包括拍摄所述图像的摄像模块的内参数和外参数；
根据各像素点的校正坐标，生成所述图像的校正图像。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，运行于预定的摄像设备，所述摄像模块为所述摄像设备的摄像头，所述图像由所述摄像头拍摄所得。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，运行于预定的显示设备，所述获取待校正的图像，包括：
通知与所述显示设备关联的摄像设备拍摄图像；
接收所述摄像设备发送的图像为待校正的图像。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于预确定的坐标映射关系，获取与各像素点在所述图像中的坐标所对应的坐标，包括：
获取能反映所述坐标映射关系的映射表；
从所述映射表中查找与各像素点在所述图像中的坐标所对应的坐标。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述内参数包括焦距、主点坐标以及径向畸变系数和/或切向畸变系数。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述外参数包括旋转参数和平移参数。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述坐标映射关系的预确定的步骤包括：
将预定的现实场景中的部分对象定为目标点，并控制所述摄像模块在预定位置拍摄所述现实场景；
获取该目标点在现实世界与拍摄图像中的坐标对应关系；该坐标对应关系的关系参数包括所述内参数；
获取该目标点在校正径向畸变的拍摄图像中与在校正径向畸变和透视畸变后的拍摄图像中的坐标对应关系；该坐标对应关系的关系参数包括所述外参数；
当该目标点在所述显示世界的坐标与在校正径向畸变和透视畸变后的拍摄图像的坐标一致时，基于获取的各坐标对应关系，获得所述坐标映射关系。
8.根据权利要求7任一项所述的方法，其特征在于，所述获取该目标点在现实世界与拍摄图像中的坐标对应关系，包括：
基于所述现实场景的世界坐标系与所述摄像模块的相机坐标系之间的坐标转换关系，确定该目标点在所述世界坐标系与在所述相机坐标系的坐标间的对应关系为第一对应关系；
确定该目标点在所述相机坐标系中的坐标与其针孔投影坐标间的对应关系为第二对应关系；
确定所述拍摄模块的入射角与该目标点的针孔投影坐标间的对应关系为第三对应关系；
根据所确定的第一对应关系、第二对应关系和第三对应关系，计算出所述拍摄模块的入射角与该目标点在所述世界坐标系中的坐标间的对应关系为第四对应关系；
确定该目标点在所述拍摄图像中到图像畸变中心的距离；
根据校正径向畸变的畸变校正模型，确定所述入射角与所述距离间的对应关系为第五对应关系；
基于所述第四对应关系和所述第五对应关系，得到该目标点在现实世界与拍摄图像中的坐标对应关系。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述获取该目标点在校正径向畸变的拍摄图像中与在校正径向畸变和透视畸变后的拍摄图像中的坐标对应关系，包括：
根据校正径向畸变的畸变校正模型，校正所述拍摄图像中的径向畸变，并确定该目标点在校正径向畸变后的图像中的坐标；
提取校正径向畸变后的图像中的梯形区域的边界坐标；
基于提取的边界坐标以及预确定的矩形区域的边缘坐标，获取所述梯形区域的边界坐标与所述矩形区域的坐标间的变换矩阵；所述变换矩阵的矩阵元素由所述拍摄模块的外参数构成；
基于所述变换矩阵，获得该目标点在校正径向畸变的拍摄图像中与在校正径向畸变和透视畸变后的拍摄图像中的坐标对应关系。
10.一种图像校正装置，其特征在于，包括：
图像获取模块，用于获取待校正的图像；
坐标映射模块，用于基于预确定的坐标映射关系，获取与各像素点在所述图像中的坐标所对应的坐标，构成各像素点的校正坐标；所述坐标映射关系为像素点在畸变校正前后的图像中的坐标的直接对应关系，其关系参数包括拍摄所述图像的摄像模块的内参数和外参数；
图像校正模块，用于根据各像素点的校正坐标，生成所述图像的校正图像。
11.一种图像校正设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：
获取待校正的图像；
基于预确定的映射关系，获取与各像素点在所述图像中的坐标所对应的坐标，构成各像素点的校正坐标；所述坐标映射关系为像素点在畸变校正前后的图像中的坐标的直接对应关系，其关系参数包括拍摄所述图像的摄像模块的内参数和外参数；
根据各像素点的校正坐标，生成所述图像的校正图像。
12.一种摄像设备，包括摄像头、存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：
控制所述摄像头进行拍摄；
基于预确定的坐标映射关系，获取与各像素点在所拍摄的图像中的坐标所对应的坐标，构成各像素点的校正坐标；所述坐标映射关系为像素点在畸变校正前后的图像内的坐标对应关系，其关系参数包括所述摄像头的内参数和外参数；
根据各像素点的校正坐标，生成所拍摄的图像的校正图像。
13.一种一体化书写机，其特征在于，包括书写设备以及安装在所述书写设备上的预定位置的摄像设备，所述摄像设备包括摄像头、存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：
控制所述摄像头对所述书写设备进行拍摄；
基于预确定的坐标映射关系，获取与各像素点在所拍摄的图像中的坐标所对应的坐标，构成各像素点的校正坐标；所述坐标映射关系为像素点在畸变校正前后的图像中的坐标的直接对应关系，其关系参数包括所述摄像头的内参数和外参数；
根据各像素点的校正坐标，生成所拍摄的图像的校正图像。
14.根据权利要求13所述的一体化书写机，其特征在于，所述书写设备包括黑板和智能书写板，所述预定位置为所述黑板的边框的指定位置。
15.根据权利要求13所述的一体化书写机，其特征在于，所述书写设备包括黑板和显示器，所述预定位置为所述黑板的边框的指定位置。
16.一种图像校正***，其特征在于，包括书写设备以及摄像设备，所述摄像设备安装在预定位置，包括摄像头、存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：
控制所述摄像头对所述书写设备进行拍摄；
基于预确定的坐标映射关系，获取与各像素点在所拍摄的图像中的坐标所对应的坐标，构成各像素点的校正坐标；所述坐标映射关系为像素点在畸变校正前后的图像内的坐标对应关系，其关系参数包括所述摄像头的内参数和外参数；
根据各像素点的校正坐标，生成所拍摄的图像的校正图像。
17.根据权利要求16所述的***，其特征在于，还包括显示设备，所述显示设备与所述摄像设备关联，所述处理器执行所述程序时还能实现以下步骤：
将所述校正图像发送到所述显示设备进行显示。
18.一种显示设备，包括显示单元、存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：
获取待校正的图像；
基于预确定的坐标映射关系，获取与各像素点在所述图像中的坐标所对应的坐标，构成各像素点的校正坐标；所述坐标映射关系为像素点在畸变校正前后的图像中的坐标的直接对应关系，其关系参数包括拍摄所述图像的摄像模块的内参数和外参数；
根据各像素点的校正坐标，生成所述图像的校正图像；
控制所述显示单元显示所述校正图像。
19.一种图像校正***，其特征在于，包括书写设备、显示设备以及所述显示设备关联的摄像设备，所述摄像设备安装在预定位置，用于对所述书写设备进行拍摄，所述显示设备包括网络接口、显示单元、存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：
控制所述网络接口获取所述摄像设备所拍摄的图像；
基于预确定的坐标映射关系，获取与各像素点在所述图像中的坐标所对应的坐标，构成各像素点的校正坐标；所述坐标映射关系为像素点在畸变校正前后的图像中的坐标的直接对应关系，其关系参数包括拍摄所述图像的摄像模块的内参数和外参数；
根据各像素点的校正坐标，生成所述图像的校正图像；
控制所述显示单元显示所述校正图像。
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