(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202210541076.X (22)申请日 2022.05.19 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114640781 A (43)申请公布日 2022.06.17 (73)专利权人 山东省科学院海洋仪器仪表研究 所 地址 266200 山东省青岛市 即墨区鳌山 卫 街道青岛蓝色硅谷核心区蓝色硅谷创 业中心一期2号楼 (72)发明人 许岩　王振　何传林　王欣龙　 陶港港　刘明磊　赵子昊　刘子琦　 孙国华　 (74)专利代理 机构 青岛华慧泽专利代理事务所 (普通合伙) 37247 专利代理师 刘娜 (51)Int.Cl. H04N 5/225(2006.01) H04N 5/232(2006.01) H04N 5/262(2006.01) G06T 5/00(2006.01)G06T 7/80(2017.01) (56)对比文件 CN 113137920 A,2021.07.20 CN 113960564 A,202 2.01.21 CN 105981074 A,2016.09.28 WO 2016070318 A1,2016.0 5.12 CN 105678742 A,2016.0 6.15 CN 110807815 A,2020.02.18 CN 114326258 A,202 2.04.12 张阳等.水 下视觉SLAM相机成像畸变纠正研 究. 《海洋技术学报》 .2019,(第0 6期), 李永龙等.水电枢纽水 下摄像数据的畸变 机 理及标定 研究. 《自动化与仪表》 .2019,(第12 期), 李洪生.水下摄像机标定技 术的研究. 《中国 优秀硕士学位 论文全文数据库》 .2015, Longxiang Huang等.Underwater camera model and its use i n calibration. 《2015 IEEE Internati onal Conference o n Informati on and Automati on》 .2015, 审查员 王亚娜 (54)发明名称 一种水下摄像机图像径向畸变校正装置及 方法 (57)摘要 本发明涉及图像数据处理技术领域， 具体公 开了一种水下摄像机图像径向畸变校正装置及 方法， 该方法包括如下步骤： 在水下摄像机畸变 校正装置部署摄像机和校正点， 以无畸变情况下 摄像机坐标系和像素坐标系转换为基础， 实现单 点K值标定； 运行水下摄像机畸变校正系统完成 特定距离点集在不同角度下的K值标定； 判断是 否需要光心校正； 通过多组特定距离点集K值完 成像素平 面内通用K值标定； 通过像素平面曲线K (D)实现径向畸变校正。 本发明所公开的装置简 单易搭建， 流程自动易操作， 原理直接易实现， 结果准确抗误差， 可自动完成水下摄像机的图像径 向畸变批量化自动校正。 权利要求书3页 说明书9页 附图5页 CN 114640781 B 2022.08.23 CN 114640781 B 1.一种水下摄像机图像径向畸变校正方法， 采用一种水下摄像机图像径向畸变校正装 置， 其特征在于， 校正装置包括通过滑动轴连接的底座一和底座二， 所述底座一上安装有 可 上下升降和左右移动的水下摄像机， 所述底座二上安装有伺服电机， 所述伺服电机通过转 轴连接标定盘， 所述标定盘上设置有多个标定点， 多个标定点均匀分布于过标定盘圆心的 一个半径上， 所述水 下摄像机正对标定盘； 校正方法包括如下步骤： S1： 调整底座一和底座二之间的距离， 使得标定盘在旋转过程中能够完整出现在水下 摄像机的视野范围内， 调整水下摄像机位置使其光轴正对标定盘圆心， 然后将校正装置置 于水下； S2： 开始测试时， 控制伺服电机将标定盘上的标定点连线处于方位0 °位置， 选择第一个 标定点， 系统自动采集其像素坐标， 并将 像素坐标转换为水下摄像机坐标， 计算得到该标定 点在方位 为0°下的修正比例K1值； S3： 系统控制伺服电机沿顺/逆时针旋转一定角度， 重复步骤S2， 得到该标定点在该角 度下的K1值； 循环此过程至标定点 回到0°位置， 得到该标定点在不同角度 下的多组K1值， 并 通过均值拟合方式计算该 标定点处的K1均值； S4： 根据K1的最大值与最小值的偏差， 如果偏差在设定阈值范围内， 则不需进行光心校 正， 如果超出设定阈值， 则进行光心校正； S5： 选择第二个 标定点， 重复步骤S2 ‑S4， 得到第二个标定点的K2均值； 重复此过程， 得到 第n个标定点的Kn均值； 将n个标定点的K值进行曲线拟合， 得到像素平面内通用曲线K(D)的 表达式， D为成像点距离像素坐标原点A的距离； S6： 利用K(D)表达式对水 下摄像机拍摄的水 下图像进行径向畸变校正； 步骤S2中将像素坐标转换为水 下摄像机坐标的方法如下： 平面M为水下摄像机的像素平面， 平面N为标定盘盘面所在平面， O为水下摄像机光心， A 为像素平面内的像素坐标原点， 点B为标定盘的圆心， 点P为标定盘上的一个标定点， 为标 定点P发生畸变后的成像点， p为校正后的成像点， 成像点 在标定盘上的还原点为点 ， 点 坐标为 ， 成像点 的像素坐标为 ， 两者变换公式如下：                      (1) 其中，                            (2)                                (3) 其中， S为尺度因子， 表示该图像显示的缩放比例； ， 称为内参， 分别表示从x方向上 和y方向上水下摄像机坐标到像素坐 标的变换比例， Cx，Cy为像素坐标系内部的偏 移量， 是将 像素平面内左 上角第一个点平移到像素坐标原点A的x和y方向的像素偏移量； dx表示图像 横向1个像素表 示的宽度， dy表 示图像纵向1个像素表 示的宽度， O为水下摄像机光心， A 为像权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114640781 B 2素平面内的像素坐标原点， 为水下摄像机的焦距， 是水下摄像机像素平面与标定盘 之间的水平 距离， M*N为图像的分辨 率， 表示向上 取整； 通过上式求得点 的坐标 和 ； 步骤S2中， 修 正比例K值计算公式如下：                                      (4) 其中， 为标定点P到圆心B的距离， 为点 到圆心B的距离 。 2.根据权利要求1所述的一种水下摄像机图像径向畸变校正方法， 其特征在于， 所述底 座一上安装有两根竖杆， 两根竖杆之 间通过螺栓安装一根横梁， 所述横梁上安装有滑块， 所 述水下摄像机安装于所述滑块上。 3.根据权利要求1所述的一种水下摄像机图像径向畸变校正方法， 其特征在于， 所述伺 服电机通过支撑杆安装于所述底座二上， 所述底座二上还设置有支架， 所述转轴架设于所 述支架上。 4.根据权利要求1所述的一种水下摄像机图像径向畸变校正方法， 其特征在于， 所述滑 动轴上设置标尺。 5.根据权利要求1所述的一种水下摄像机图像径向畸变校正方法， 其特征在于， 步骤S4 的光心校正方法如下： （1） 在像素平面内建立像素坐标系XAY， A为像素坐标原点， 标定点P在旋转过程中在像 素坐标系下的投影轨迹中， 当K取最大值时， 离点A最远的点为 ； 当K取最小值时， 离点A最近的点为 ， 点 、 点 、 点A和真实光心点 在同一条直线上， 由此计算得 到真实光心 的坐标为 ； （2） 调整水 下摄像机的位置， 将标定盘圆心B的投影调节到像素坐标系的 位置； （3） 对Cx， Cy值进行如下修 正：                               (5)                            (6) 。 6.根据权利要求1所述的一种水下摄像机图像径向畸变校正方法， 其特征在于， 步骤S6 中， 通过曲线K(D)实现畸变校正的方法如下： 通过曲线K(D)把某一畸变点 的初始像素坐标转换为校正后的像素坐标， 形成校 正后的像素点 ， 计算公式如下：                           (7) 其中                          (8) 对于分辨率为M*N的图像从坐标为 （1,1） 的像素开始依次遍历图像中所有像素点， 并通权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114640781 B 3