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圖像畸變的產(chǎn)生及消除畸變的方法

  • 來源：光虎

圖像畸變的產(chǎn)生及消除畸變的方法

什么是圖像畸變？

畸變作為光學(xué)系統(tǒng)中經(jīng)常提到的一個(gè)參數(shù)，是限制光學(xué)量測(cè)準(zhǔn)確性的重要因素之一。它是光學(xué)系統(tǒng)對(duì)物體所成的像相對(duì)于物體本身而言的失真程度，只引起像的變形，對(duì)像的清晰度并無影響。
對(duì)于理想光學(xué)系統(tǒng)，在一對(duì)共軛的物像平面上，放大率是常數(shù)。但是對(duì)于實(shí)際的光學(xué)系統(tǒng)，僅當(dāng)視場(chǎng)較小時(shí)具有這一性質(zhì)，而當(dāng)視場(chǎng)較大或很大時(shí)，像的放大率就要隨視場(chǎng)而異，這樣就會(huì)使像相對(duì)于物體失去相似性。這種使像變形的成像缺陷稱為畸變?；兌x為實(shí)際像高與理想像高差，而在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常將其與理想像高之比的百分?jǐn)?shù)來表示畸變，稱為相對(duì)畸變，即

常見的畸變類型

桶形畸變：

在桶形畸變中，圖像放大率隨與光軸的距離而減小，體現(xiàn)在圖像呈球體（或桶）周圍映射的效果。魚眼鏡頭具有半球形的視角，它利用這種變形來將無限寬的物平面映射到有限的圖像區(qū)域。在變焦鏡頭中，桶形畸變出現(xiàn)在鏡頭焦距范圍的中間，而在該范圍的廣角端最嚴(yán)重。


枕形畸變：

在枕形畸變中，圖像放大率隨距光軸距離的增加而增加?？梢姷男Ч牵创┻^圖像中心的線像枕形一樣向內(nèi)彎曲，朝向圖像中心。

機(jī)器視覺中的圖像畸變

圖像畸變帶來的影響

光虎視覺認(rèn)為許多檢測(cè)應(yīng)用需要非常精確的測(cè)量，盡管通過亞像素插值的軟件算法可以提供非常精細(xì)的測(cè)量結(jié)果，但是如果創(chuàng)建的圖像有任何變形，它們也無法提供準(zhǔn)確或可重復(fù)的結(jié)果。
所以，選擇合適的光學(xué)器件是測(cè)量系統(tǒng)能否成功的關(guān)鍵。幸運(yùn)的是，運(yùn)用一些光學(xué)原理，可以使用雙遠(yuǎn)心鏡頭，該類鏡頭可以克服物體位置的變化、物體上的高度差以及其他可能導(dǎo)致軟件處理不正確的圖像信息的問題。所以合理使用雙遠(yuǎn)心鏡頭可以很好的解決圖像的畸變問題。


遠(yuǎn)心的重要性

透視誤差，也稱為視差，是我們?nèi)粘ｓw驗(yàn)的一部分。實(shí)際上，視差是使得大腦解釋3D世界的原因。距離我們較近的物體看起來相對(duì)較大，舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子：想象某人站在一組鐵軌，緊挨著它們的前面，兩根鐵軌相距不遠(yuǎn)，看似平行。當(dāng)朝地平線看去時(shí)，這些平行的軌道似乎會(huì)聚在一起。我們知道它們實(shí)際上并沒有在遠(yuǎn)處的某個(gè)地方聚集在一起，否則火車會(huì)飛離軌道，但是這種感知方式至關(guān)重要。
在常規(guī)成像系統(tǒng)中也存在該現(xiàn)象，其中物體的感知尺寸（其放大率）隨著其距透鏡的距離而變化。雙遠(yuǎn)心鏡頭在光學(xué)上可以糾正這種情況，因此在鏡頭所定義的范圍內(nèi)，無論距離如何，物體都保持相同的感知大小。在鐵軌的示例中，雙遠(yuǎn)心鏡頭會(huì)使鐵軌看起來相距相同的距離，而不管它們是在鏡頭的前面還是在地平線上。

雙遠(yuǎn)心鏡頭的優(yōu)勢(shì)

光虎視覺認(rèn)為對(duì)于許多應(yīng)用，都需要雙遠(yuǎn)心，因?yàn)樗谝欢ǖ墓ぷ骶嚯x范圍內(nèi)提供近乎恒定的放大倍率，實(shí)際上消除了視角誤差。這意味著對(duì)象移動(dòng)不會(huì)影響圖像放大率。
在具有雙遠(yuǎn)心的光學(xué)系統(tǒng)中，物體離近或遠(yuǎn)離鏡頭不會(huì)導(dǎo)致圖像變大或變小。此外，沿光軸方向具有深度范圍的對(duì)象不會(huì)出現(xiàn)傾斜。例如，圓柱的軸平行于光軸的圓柱物體在遠(yuǎn)心鏡頭的像平面中看起來是圓形的。在非遠(yuǎn)心鏡頭中，同一物體看起來頂部是橢圓形的，而不是圓形的，并且側(cè)面是可見的。
值得一提的是，在具有雙遠(yuǎn)心的光學(xué)系統(tǒng)中，聚焦或故意散焦的圖像平面運(yùn)動(dòng)不會(huì)改變圖像大小。雙遠(yuǎn)心鏡頭的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它可以提供極其均勻的圖像平面照明。
雙遠(yuǎn)心鏡頭在大多數(shù)情況下可以提供當(dāng)今市場(chǎng)上最低的失真水平（畸變），這大大的提高了它們提供可靠的視覺系統(tǒng)的能力。
隨著當(dāng)今機(jī)器視覺系統(tǒng)的需求不斷增長(zhǎng)，選擇正確的光學(xué)組件比以往任何時(shí)候都更加重要。光學(xué)系統(tǒng)是調(diào)節(jié)圖像以進(jìn)行分析的關(guān)鍵部分，因此不應(yīng)忽視。每當(dāng)需要進(jìn)行關(guān)鍵測(cè)量時(shí)，都需要考慮使用雙遠(yuǎn)心鏡頭來產(chǎn)生能夠真正提供所需結(jié)果的系統(tǒng)。

【來源：光虎視覺內(nèi)部培訓(xùn)資料】