Слепая компенсация радиальной дисторсии на одиночном изображении с использованием быстрого преобразования Хафа
Автор: Кунина Ирина Андреевна, Гладилин Сергей Александрович, Николаев Дмитрий Петрович
Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics
Рубрика: Обработка изображений: Распознавание образов и анализ данных
Статья в выпуске: 3 т.40, 2016 года.
Бесплатный доступ
В работе представлен способ автоматической компенсации радиальной дисторсии - искажения, характерного для широкоугольных объективов. Предложенный алгоритм оценивает параметры искажения, используя только единичное изображение, полученное из неизвестного источника. При этом не используются какие-либо калибровочные объекты, но предполагается, что исходная сцена содержит прямые линии. Суть метода заключается в поиске радиальной дисторсии с таким набором параметров, что ее исправление даст изображение, на котором «в целом» линии выглядят более прямыми. Для оценки общей искривленности линий в данной работе предлагается использовать быстрое преобразование Хафа, при этом собственно линии на изображении не выделяются. Предложенный алгоритм был проверен на реальных данных, полученных камерами с откалиброванными объективами, имеющими различную степень радиальной дисторсии. Для формальной оценки работы алгоритма был предложен функционал качества компенсации геометрического искажения, нечувствительный к возможной плохой обусловленности задачи определения коэффициентов модели дисторсии.
Цифровая обработка изображений, анализ изображений, конструкция оптической системы, радиальная дисторсия, автоматическая калибровка, быстрое преобразование хафа
Короткий адрес: https://sciup.org/14059477
IDR: 14059477 | DOI: 10.18287/2412-6179-2016-40-3-395-403
Blind radial distortion compensation in a single image using fast Hough transform
In this paper, we present an automatic technique for compensation of radial distortion, which is characteristic of wide-angle lenses. The proposed method estimates distortion parameters using a single image from unknown source. No calibration objects are required, but it is assumed that the original scene contains straight lines. The method is based on finding such radial distortion parameters, that maximize total length of linear segments. We employ a fast Hough transform to estimate the overall curvature of lines without selecting any. The proposed algorithm is tested on real images obtained using calibrated camera lenses with different radial distortion. For the formal evaluation of the algorithm, we propose a quality measure for geometric distortion compensation, which works correctly even in the case when the problem of determining the coefficients is ill-conditioned.
Список литературы Слепая компенсация радиальной дисторсии на одиночном изображении с использованием быстрого преобразования Хафа
- Zhang, Z. A flexible new technique for camera calibration/Z. Zhang//IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. -2000. -Vol. 22(11). -P. 1330-1334. - DOI: 10.1109/34.888718
- Миронова, Т.В. Анализ деформаций, оптических неоднородностей и дисторсионных искажений с помощью искусственных спеклов в цифровой фотографии: дисс. к.ф.-м.н., Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Москва, 2005.
- Hartley, R. Self-calibration of stationary cameras/R. Hartley//International Journal of Computer Vision. -1997. -Vol. 22(1). -P. 5-23. - DOI: 10.1023/A:1007957826135
- Stein, G. Accurate internal camera calibration using rotation, with analysis of sources of error/G. Stein//Computer Vision: Proceedings, Fifth International Conference on. -1995. -P. 230-236. - DOI: 10.1109/ICCV.1995.466781
- Farid, H. Blind removal of lens distortion/H. Farid, A.C. Popescu//Journal of the Optical Society of America A. -2001. -Vol. 18(9). -P. 2072-2078. - DOI: 10.1364/JOSAA.18.002072
- Zhang, Z. Camera calibration with lens distortion from low-rank textures/Z. Zhang, Y. Matsushita, Y. Ma//Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR), 2011 IEEE Conference on. -2011. -P. 2321-2328. - DOI: 10.1109/CVPR.2011.5995548
- Karpenko, S. UAV Control on the Basis of 3D Landmark Bearing-Only Observations/S. Karpenko, I. Konovalenko, A. Miller, B. Miller, D. Nikolaev//Sensors. -2015. -Vol. 15(12). -P. 29802-29820. - DOI: 10.3390/s151229768
- Karpenko, S. Visual navigation of the UAVs on the basis of 3D natural landmarks/S. Karpenko, I. Konovalenko, A. Miller, B. Miller, D. Nikolaev//Proceedings of SPIE: Eighth International Conference on Machine Vision (ICMV 2015). -2015. -Vol. 9875. -98751I (10 p.).
- Konovalenko, I. UAV navigation on the basis of the feature points detection on underlying surface/I. Konovalenko, A. Miller, B. Miller, D. Nikolaev//Proceedings of the 29th European Conference on Modeling and Simulation (ECMS 2015), Albena (Varna), Bulgaria. -2015. -P. 26-29. - DOI: 10.7148/2015-0499
- Rosten, E. Camera distortion self-calibration using the plumb-line constraint and minimal Hough entropy/E. Rosten, R. Loveland//Machine Vision and Applications. -2011. -Vol. 22(1). -P. 77-85. - DOI: 10.1007/s00138-009-0196-9
- Alemán-Flores, M. Automatic Lens Distortion Correction Using One-Parameter Division Models/M. Alemán-Flores, L. Alvarez, L. Gomez, D. Santana-Cedres//Image Processing On Line. -2014. -Vol. 4. -P. 327-343. - DOI: 10.1007/s10851-012-0342-2
- Карпенко, С.М. Метод восстановления изображений, подверженных радиальной дисторсии/С.М. Карпенко, С.А. Гладилин, Д.П. Николаев//Сборник трудов конференции «Информационные технологии и системы (ИТиС’08)». -2008. -С. 502-505.
- Kanuki, Y. Automatic compensation of radial distortion by minimizing entropy of histogram of oriented gradients/Y. Kanuki, N. Ohta, A. Nagai//Pattern Recognition (ACPR), 2013 2nd IAPR Asian Conference on. -2013. -P. 912-916. - DOI: 10.1109/ACPR.2013.167
- Wang, A. A simple method of radial distortion correction with centre of distortion estimation/A. Wang, T. Qiu, L. Shao//Journal of Mathematical Imaging and Vision. -2009. -Vol. 35(3). -P. 165-172. - DOI: 10.1007/s10851-009-0162-1
- Nikolaev, D. Hough transform: underestimated tool in the computer vision field/D. Nikolaev, S. Karpenko, I. Nikolaev, P. Nikolayev//Proceedings of the 22th European Conference on Modelling and Simulation. -2008. -P. 238-246.
- Brady, M.L. A fast discrete approximation algorithm for the Radon transform/M.L. Brady//SIAM Journal on Computing. -1998. -Vol. 27(1). -P. 107-119. - DOI: 10.1137/S0097539793256673
- Brown, D.C. Close-range camera calibration/D.C. Brown//Photogrammetric Engineering. -1971. -Vol. 37(8). -P. 855-866.
- Duda, R.O. Use of the Hough transformation to detect lines and curves in pictures/R.O. Duda, P.E. Hart//Communications of the ACM. -1972. -Vol. 15(1). -P. 11-15. - DOI: 10.1145/361237.361242
- U.S. Patent 3,069,654 G06K 9/46, G01T 5/02, G01T 5/00, 382/281, 382/202, 342/176, 342/190. Method and means for recognizing complex patterns/P. Hough, filed of March 25, 1960, published of December 18, 1962.
