关于图像处理中的图像矫正分析介绍

图像校正

图像校正是指对失真图像进行的复原性处理。引起图像失真的原因有：成象系统的象差、畸变、带宽有限等造成的图象失真；由于成象器件拍摄姿态和扫描非线性引起的图象几何失真；由于运动模糊、辐射失真、引入噪声等造成的图像失真。图象校正的基本思路是，根据图像失真原因，建立相应的数学模型，从被污染或畸变的图象信号中提取所需要的信息，沿着使图象失真的逆过程恢复图象本来面貌。实际的复原过程是设计一个滤波器，使其能从失真图象中计算得到真实图象的估值，使其根据预先规定的误差准则，最大程度地接近真实图象。

图像校正分类

图像校正主要分为两类：几何校正和灰度校正。

一、图象几何校正

其思路是通过一些已知的参考点，即无失真图象的某些象素点和畸变图象相应象素的坐标间对应关系，拟合出映射关系中的未知系数，并作为恢复其它象素的基础。

几何校正的基本方法是：

首先建立几何校正的数学模型；

其次利用已知条件确定模型参数；

最后根据模型对图像进行几何校正。

具体操作通常分两步：

①对图像进行空间坐标变换；首先建立图像像点坐标（行、列号）和物方（或参考图）对应点坐标间的映射关系，解求映射关系中的未知参数，然后根据映射关系对图像各个像素坐标进行校正；

②确定各像素的灰度值（灰度内插）。

二、灰度校正方法

灰度校正方法的分类：根据图像不同失真情况以及所需的不同图像特征可以采用不同的修正方法。

通常使用的主要有三种：

灰度级校正

针对图像成像不均匀如曝光不均匀，使图像半边暗半边亮，对图像逐点进行不同程度的灰度级校正,目的是使整幅图像灰度均匀。

灰度变换

针对图像某一部分或整幅图像曝光不足使用灰度变换，其目的是增强图像灰度对比度。

直方图修正

能够使图像具有所需要的灰度分布，从而有选择地突出所需要的图像特征，来满足人们的需要。

畸变校正

光学系统将物面上的细光束成像，这些细光束与高斯像面相交，一般不会成为一个点，而 是一个弥散斑。而且弥散斑的中心也不处在高斯像点上。也就是说，像不但是模糊的，而 且是与原物不相似的。这种不相似就叫做畸变。

首先，根据细光束追迹公式推导，可以得到： 畸变与 光阑位置的正弦差 和 角倍率有关 ；

另一方面，根据赛德表达式，畸变是由球差、光线入射角度、场曲共同决定的；

因此：

当光学系统不产生很大的光阑彗差时，畸变由角倍率所完全决定；

这就是主光线有很大角倍率时畸变难以矫正的原因；

合理的改变光焦度的分配，改变光线入射角度、场曲的大小，也是矫正畸变的有 效方法；

对于畸变受光阑、入瞳位置的影响，对于畸变要求严格的光学系统，必须从结构 形式方面来考虑畸变问题。

以上是对畸变公式、原理的分析。而在实际操作中，根据透镜组设计的经验，我们知道：

对称型物镜的畸变是很小的；如果可以，尽量采用对称结构来校正畸变。Topogon、Pyccap 等均采用对称结构消除畸变,而非对称物镜的畸变，则需要用特殊的校畸变面，距离光阑较远的透镜，主要影响轴外像 差，对于畸变的矫正，可以在透镜的后组上，采用巧妙的方法达到要求；另外，根据对畸变的校正的经验，正畸变和负畸变的面应当距离较近，如果相隔较远就很难校正了。

大多数畸变较小的反远广角镜头，是采用此种方法达到对畸变的校正的。