圖像校正

圖像校正是指對失真圖像進(jìn)行的復(fù)原性處理。引起圖像失真的原因有：成象系統(tǒng)的象差、畸變、帶寬有限等造成的圖象失真；由于成象器件拍攝姿態(tài)和掃描非線性引起的圖象幾何失真；由于運(yùn)動模糊、輻射失真、引入噪聲等造成的圖像失真。圖象校正的基本思路是，根據(jù)圖像失真原因，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，從被污染或畸變的圖象信號中提取所需要的信息，沿著使圖象失真的逆過程恢復(fù)圖象本來面貌。實(shí)際的復(fù)原過程是設(shè)計(jì)一個(gè)濾波器，使其能從失真圖象中計(jì)算得到真實(shí)圖象的估值，使其根據(jù)預(yù)先規(guī)定的誤差準(zhǔn)則，最大程度地接近真實(shí)圖象。

圖像校正分類

圖像校正主要分為兩類：幾何校正和灰度校正。

一、圖象幾何校正

其思路是通過一些已知的參考點(diǎn)，即無失真圖象的某些象素點(diǎn)和畸變圖象相應(yīng)象素的坐標(biāo)間對應(yīng)關(guān)系，擬合出映射關(guān)系中的未知系數(shù)，并作為恢復(fù)其它象素的基礎(chǔ)。

幾何校正的基本方法是：

首先建立幾何校正的數(shù)學(xué)模型；

其次利用已知條件確定模型參數(shù)；

最后根據(jù)模型對圖像進(jìn)行幾何校正。

具體操作通常分兩步：

①對圖像進(jìn)行空間坐標(biāo)變換；首先建立圖像像點(diǎn)坐標(biāo)（行、列號）和物方（或參考圖）對應(yīng)點(diǎn)坐標(biāo)間的映射關(guān)系，解求映射關(guān)系中的未知參數(shù)，然后根據(jù)映射關(guān)系對圖像各個(gè)像素坐標(biāo)進(jìn)行校正；

②確定各像素的灰度值（灰度內(nèi)插）。

二、灰度校正方法

灰度校正方法的分類：根據(jù)圖像不同失真情況以及所需的不同圖像特征可以采用不同的修正方法。

通常使用的主要有三種：

灰度級校正

針對圖像成像不均勻如曝光不均勻，使圖像半邊暗半邊亮，對圖像逐點(diǎn)進(jìn)行不同程度的灰度級校正,目的是使整幅圖像灰度均勻。

灰度變換

針對圖像某一部分或整幅圖像曝光不足使用灰度變換，其目的是增強(qiáng)圖像灰度對比度。

直方圖修正

能夠使圖像具有所需要的灰度分布，從而有選擇地突出所需要的圖像特征，來滿足人們的需要。

畸變校正

光學(xué)系統(tǒng)將物面上的細(xì)光束成像，這些細(xì)光束與高斯像面相交，一般不會成為一個(gè)點(diǎn)，而 是一個(gè)彌散斑。而且彌散斑的中心也不處在高斯像點(diǎn)上。也就是說，像不但是模糊的，而 且是與原物不相似的。這種不相似就叫做畸變。

首先，根據(jù)細(xì)光束追跡公式推導(dǎo)，可以得到： 畸變與 光闌位置的正弦差 和 角倍率有關(guān) ；

另一方面，根據(jù)賽德表達(dá)式，畸變是由球差、光線入射角度、場曲共同決定的；

因此：

當(dāng)光學(xué)系統(tǒng)不產(chǎn)生很大的光闌彗差時(shí)，畸變由角倍率所完全決定；

這就是主光線有很大角倍率時(shí)畸變難以矯正的原因；

合理的改變光焦度的分配，改變光線入射角度、場曲的大小，也是矯正畸變的有 效方法；

對于畸變受光闌、入瞳位置的影響，對于畸變要求嚴(yán)格的光學(xué)系統(tǒng)，必須從結(jié)構(gòu) 形式方面來考慮畸變問題。

以上是對畸變公式、原理的分析。而在實(shí)際操作中，根據(jù)透鏡組設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，我們知道：

對稱型物鏡的畸變是很小的；如果可以，盡量采用對稱結(jié)構(gòu)來校正畸變。Topogon、Pyccap 等均采用對稱結(jié)構(gòu)消除畸變,而非對稱物鏡的畸變，則需要用特殊的校畸變面，距離光闌較遠(yuǎn)的透鏡，主要影響軸外像 差，對于畸變的矯正，可以在透鏡的后組上，采用巧妙的方法達(dá)到要求；另外，根據(jù)對畸變的校正的經(jīng)驗(yàn)，正畸變和負(fù)畸變的面應(yīng)當(dāng)距離較近，如果相隔較遠(yuǎn)就很難校正了。

大多數(shù)畸變較小的反遠(yuǎn)廣角鏡頭，是采用此種方法達(dá)到對畸變的校正的。