圖像測試卡的主要功能就是用于檢測攝像頭的各種性能，而配套使用的電腦軟件能夠很好的去對所拍攝的圖像測試卡進(jìn)行軟件方面的分析，我們知道在攝像頭測試分析軟件中，最有名的莫過(guò)于Imatest軟件和iqstest軟件了，本站對于iqstest軟件測試各種攝像頭的性能參數教程已經(jīng)有了，但是對Imatest軟件用戶(hù)測量和分析成像系統的特性和參數還沒(méi)有多少涉及。為方便大家對兩款軟件的分析對比，本站來(lái)介紹下imatest軟件校正畸變教程。
對Imatest軟件熟悉的人都知道，在軟件分析的一些測試數據結果中，有一些是可以用于圖像畸變校正的，可以直接用于糾正測量出的誤差，而不必購買(mǎi)增加硬件，也無(wú)需通過(guò)主觀(guān)的判斷，所以有時(shí)候問(wèn)題的解決方法，可以是一個(gè)數學(xué)模型或者簡(jiǎn)單的計算。如果你得到了Imatest的這些參數，你可以通過(guò)糾正他們的結果，從而最大程度的減少它們造成的影響。這在相機中通常是通過(guò)一個(gè)專(zhuān)用的圖像信號處理芯片ISP完成的，即從原始傳感器數據RAW轉換成一幅合適的圖片。
以上的過(guò)程在Imatest軟件測試分析過(guò)程中，我們可以稱(chēng)為“閉環(huán)”，因為它類(lèi)似于ISP完成了從測試相機到校正相機的循環(huán)過(guò)程，這對于圖像來(lái)說(shuō)也是某種形式的調整。今天，我們就介紹從Imatest中提取徑向畸變的測量數據，從而可以將它們用于校正相機的畸變，而不需要購買(mǎi)新鏡頭這樣的設備，節省你的成本。
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使用Imatest進(jìn)行畸變校正
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徑向幾何失真
對于幾何失真，是用來(lái)描述圖像的扭曲形狀與相機真正遵循一個(gè)簡(jiǎn)單的針孔相機模型成像情況進(jìn)行對比。最明顯的效果是場(chǎng)景中的直線(xiàn)彎曲成圖像中的曲線(xiàn)，它有著(zhù)部分畸變。注意，我們不是在這里談?wù)撏敢暿д?。雖然我們不希望鏡頭存在幾何失真，但有時(shí)候我們也會(huì )因為特殊需要的藝術(shù)效果而去選擇曲線(xiàn)鏡頭，或使用廣角鏡頭時(shí)忽略畸變。然而，大多數用戶(hù)對每天看到的圖片的畸變程度，主觀(guān)接受的程度是有限的，所以畸變可以存在，但不能無(wú)限制的存在。例如特征化的幾何失真是許多場(chǎng)景所需要的，比如在三維空間中定位一個(gè)點(diǎn)，對于計算機或交多張圖像拼接在一起的VR應用等等，都需要精確的校正。這種幾何失真幾乎總是由于鏡頭的設計和結構帶來(lái)的，它通常被建模為（1）純徑向和（2）徑向對稱(chēng)。
純徑向畸變意味著(zhù)無(wú)論在像場(chǎng)中的哪一個(gè)點(diǎn)，唯一決定畸變的因素是，它離圖像的中心有多遠。注意，為了更容易理解，我們假設圖像的中心就是系統的光學(xué)中心。假設圖像的幾何失真是徑向以降低問(wèn)題的復雜性。因為無(wú)需考慮二維圖像的兩個(gè)維度（x和y表示在每個(gè)像素的位置），我們只需要確定一個(gè)維度（半徑方向的位移）。
通過(guò)Imatest軟件中使用的SFRPlus模塊，Checkboard模塊，或Dot Pattern模塊，Imatest軟件可以從一幅拍攝過(guò)的測試卡圖片來(lái)測量相機系統的徑向失真。
Imatest軟件中的畸變系數
Imatest軟件可以返回兩種不同類(lèi)型徑向畸變的描述。這兩種畸變都是用多項式近似的失真函數描述的，但這兩個(gè)多項式代表不同的東西。在許多情況下，它們在功能上是相同的，并且可以從一種形式轉換為另一種形式。同理，在此我們忽略了Imatest提供和標注的tan/arctan逼近值。我們作如下定義：
rd是一個(gè)點(diǎn)的畸變半徑，也就是它到圖像中心的距離
ru是一個(gè)點(diǎn)未畸變的半徑，在未畸變的圖像中它到圖像中心的距離
函數rd=f(ru)被稱(chēng)為正向變換因為它采用了一個(gè)未畸變的半徑值，并把它轉 ? ? 化為一個(gè)畸變的半徑。也就是說(shuō)，它適用于鏡頭發(fā)生畸變的點(diǎn)。
函數ru=f?1(rd)被稱(chēng)為反向變換，是為了與正向變換進(jìn)行對比，它校正了鏡 ?頭的畸變值
P（?）表示一個(gè)多項式函數
SFRplus模塊和Checkboard模塊會(huì )返回描述糾正畸變的反向變換后的畸變系數，
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Dot Pattern模塊返回一個(gè)不同參數的徑向畸變的多項式的系數，稱(chēng)為局部幾何失真（LGD）。以下是基于ISO 17850和CPIQ標準給出的測試結果。
基于CPIQ的畸變分析結果
LGD被定義為相對于真實(shí)誤差的徑向誤差，為百分比。LGD=100*（rd-ru)/ru，通過(guò)將LGD考慮為一個(gè)相對畸變圖像半徑的多項式函數，P（rd），我們可以重新安排這個(gè)方程式的兩邊產(chǎn)生更有用的方程，有理多項式的畸變校正反向變換形式。因此，點(diǎn)狀圖結果可以向SFRplus/Checkboard那樣用同樣的方法。
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通過(guò)再采樣畸變校正
圖像傳感器的像素陣列基本上是一個(gè)規則間隔的網(wǎng)格光照取樣。然而，光落在上面的模式已經(jīng)被鏡頭扭曲了，因此當傳感器定期地對光進(jìn)行采樣時(shí)，這些光在進(jìn)入鏡頭之前就不是有效的光照樣本了。我們的補救方案如下：
我們創(chuàng )建一個(gè)新的無(wú)失真，規則間隔的網(wǎng)格（一個(gè)新的像素陣列）。在每一個(gè)“虛擬傳感器”像素的位置，我們重新從所觀(guān)察到的圖像采樣圖像數據，在該圖像中的這個(gè)位置，傳感器像素已經(jīng)進(jìn)行了失真預測。因此，畸變圖像被用網(wǎng)格重新采樣，它經(jīng)歷了相同的畸變，但采樣結果會(huì )再次有規律的展現間隔-有效地消除失真。每個(gè)上層的網(wǎng)格線(xiàn)的交點(diǎn)代表了我們生成的像素位置，在未畸變圖像中（像素的在我們的“虛擬傳感器”的位置）。顯然，我們在此已經(jīng)減少了“像素”來(lái)增加易讀性。圖像的下部代表畸變圖像，當網(wǎng)格被扭曲后，采樣網(wǎng)格覆蓋在其上。上面的規則間隔的陣列位置將被用從下方畸變圖像的不規則采樣數據填充，如所示的扭曲的網(wǎng)格交點(diǎn)位置。
對于通過(guò)imatest軟件校正畸變的方法和假設，我們就介紹到這里。因為這種方法是依據對imatest軟件較為熟知的基礎上加以應用的結果，所以很多時(shí)候是一種對經(jīng)驗的總結，也希望這種方式能夠為大家所接受。