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CORRECTION METHOD OF LENS DISTORTION meetings

Patent code P130008822
File No. 301
Posted date Mar 27, 2013
Application number P2011-016399
Publication number P2012-155652A
Patent number P5654889
Date of filing Jan 28, 2011
Date of publication of application Aug 16, 2012
Date of registration Nov 28, 2014
Inventor
  • (In Japanese)棟安 実治
  • (In Japanese)花田 良子
  • (In Japanese)工藤 天志
Applicant
  • (In Japanese)学校法人関西大学
Title CORRECTION METHOD OF LENS DISTORTION meetings
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a correction method of lens distortion with which a distortion coefficient is estimated in a short time and further with high accuracy and a correction image can be accurately generated.
SOLUTION: In a correction method of lens distortion, attention is paid to a character that a relationship between a temporary distortion coefficient and an error is represented by a single-peak target function and a distortion coefficient can be estimated from only one minimal point of the error. A frame line after correction is determined by using the temporary distortion coefficient and a regression line is computed from the frame line after the correction. An error between coordinates of the frame line after the correction and the regression line is computed and a temporary distortion coefficient calculating a minimum error is estimated as a distortion coefficient but magnitude of errors of two temporary distortion coefficients are compared. One of the temporary distortion coefficients is updated to a predetermined error threshold value on the basis of the magnitude and a range of temporary distortion coefficients is narrowed down. Then, a repetitive value is added to a lower limit of the temporary distortion coefficient successively up to an upper limit within the narrowed range, and an error of each added temporary distortion coefficient is calculated. Then, a temporary distortion coefficient calculating a minimum error is estimated as a distortion coefficient.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

携帯電話には、カメラ機能や2次元バーコードを読み取るアプリケーション(ソフトウェア)を搭載した機種が多数提供されている。そして、携帯電話は、カメラ機能によって2次元バーコードを撮影し、アプリケーションが2次元バーコードに記録されたインターネットのURLなどを解析することにより、Webサイトを画面に表示する機能を備えている。

しかし、携帯電話に備えられたカメラ機能は、コンパクト化を図るため、小口型のレンズを搭載している。このようなレンズで撮影された撮影画像は、いわゆる樽型歪みが生じ、2次元バーコードを正確に読み取ることができにくいため、2次元バーコードに埋め込まれた情報の検出率が低下するという問題がある。また、望遠レンズで撮影された撮影画像は、いわゆる糸巻き型歪みが生じる。

そこで、樽型歪みや糸巻き型歪みなどの歪曲収差歪みが生じている撮影画像の特性を考慮することにより、両方の歪みを補正することのできるようにしたレンズ歪みの補正法が非特許文献1に提案されている。このレンズ歪みの補正法は、歪曲収差歪みが撮影画像の中央を中心として放射状に生じ、中心点から離れるにしたがって歪み量が多くなるという[数1]に示された関係を応用している。

【数1】
(省略)

レンズ歪みの補正法では、一般に高次の項が比較的重要でないとされるため、撮影画像から歪み係数K2を推定することなく、歪み係数K1を推定することで、歪みのない画像座標x’,y’を算出する。歪み係数K1は、図3に示すような手順によって推定する。

すなわち、まず、四角形状の撮影画像から直線に近い枠線の1辺(細長い楕円形で囲った一方の1辺)を抽出し、この枠線上の複数画素の座標を座標群として保存する(S1)。次に、歪み係数K1の候補として多数の仮の歪み係数について保存された座標群を用いて最小2乗法による直線回帰を行い、求められた多数の回帰直線と保存された座標群上の点との2乗距離を合計した誤差が最小となった仮の歪み係数を歪み係数K1と推定する。

直線回帰とは、複数のデータ(x1,y1),…,(xn,yn)が与えられたときに、できるだけ各データの点の近くを通る直線y=ax+b(回帰直線)の傾きaと切片bとを求めることである。回帰直線は、予め決められた範囲の複数の仮の歪み係数(K1min=-9×10-8~K1max=9×10-8)について多数求める。

すなわち、まず、仮の歪み係数の初期値K1min(=-9×10-8)を設定し(S2)、この初期値K1minに対する保存された座標群に対する補正後の座標群(枠線)を[数1]の式から求める(S3)。続いて、補正後の座標群から最小2乗法による直線回帰を行い、回帰直線を推定する(S4)。そして、補正後の座標群(枠線)と回帰直線との2乗距離の合計を誤差として求め(S5)、この誤差を仮の歪み係数K1minの値とともに保存する(S6)。

そして、仮の歪み係数の初期値K1min(=-9×10-8)に反復値K1int(=0.1×10-8)を加算して仮の歪み係数K1(min+1)(=-9.1×10-8)を更新する(S7)。この更新された仮の歪み係数K1(min+1)についても、前記の操作(S3~S6)を行う。この操作(S3~S6)は、仮の歪み係数K1がK1max(=9×10-8)を超えるまで繰り返される。

すなわち、仮の歪み係数K1がK1max(=9×10-8)を超えると、得られた仮の歪み係数K1min~K1maxの中から前記誤差が最小となるときの仮の歪み係数を最適な歪み係数K1の推定値とし、この最適な歪み係数K1をパラメータとして[数1]に示された式を用いて補正画像を生成することでレンズ歪みの補正を行う(S8)。この手法では、保存する座標群として枠線の上辺、左辺の2辺上の座標群をそれぞれ使用し、各座標群からそれぞれ求められた歪み係数K1の平均値を最終的なパラメータとしている。

なお、射影変換をレンズ歪み補正よりも先に行うと、「レンズによる歪みは、撮影画像の中央を中心として放射状に生じる。」という関係が崩れるため、正確にレンズ歪みを補正することができなくなる。よって、レンズ歪み補正を行った後に射影変換が行われる。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、例えば携帯型電話機や携帯型ゲーム機などの携帯型電子機器(以下、「携帯電話」という。)に備えられたカメラによって撮影された撮影画像が樽型歪みや糸巻き型歪みなどの歪曲収差歪みを生じている場合に、この歪曲収差歪みを補正するためのレンズ歪みの補正法に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
四角形状の撮影画像から直線に近い枠線を抽出し、この枠線上の画素の座標を保存し、歪みのない画像座標を算出するためのパラメータである歪み係数を算出するため、予め決められた範囲から歪み係数の候補とされる複数の仮の歪み係数を算出し、各仮の歪み係数を用いて補正後の枠線を求め、この補正後の枠線から回帰直線を計算し、この補正後の枠線の座標と回帰直線との誤差を計算し、最小の誤差を算出した仮の歪み係数を歪み係数と推定し、この歪み係数をパラメータとして補正画像を形成するレンズ歪みの補正法であって、
前記仮の歪み係数の範囲を設定するステップと、
前記仮の歪み係数の範囲の上限及び下限から求められた2つの仮の歪み係数を用いた極小点探査法によって該仮の歪み係数の範囲を絞り込むステップと、
絞り込まれた範囲における仮の歪み係数の下限に反復値を順次、上限まで加算し、加算された各仮の歪み係数の誤差を算出し、最小の誤差を算出した仮の歪み係数を歪み係数と推定するステップと、を備え、
前記極小点探査法は、
各仮の歪み係数を用いて求められた補正後の枠線と、この補正後の枠線から計算された回帰直線との誤差である仮の歪み係数の誤差をそれぞれ計算する第一ステップと、
2つの仮の歪み係数の誤差の大小を比較する第二ステップと、
その大小から一方の仮の歪み係数を更新する第三ステップと、を有し、
仮の歪み係数の誤差が予め決められた閾値より小さくなるまで前記第一~第三ステップを行うことで、前記仮の歪み係数の範囲を段階的に狭める、レンズ歪みの補正法。

【請求項2】
 
前記極小点探査法は、黄金分割探査法であることを特徴とする請求項1に記載のレンズ歪みの補正法。

【請求項3】
 
四角形状の撮影画像枠線の4辺について枠線上の画素の座標を保存し、推定精度を向上させることのできる3辺から歪み係数を推定することを特徴とする請求項1又は2に記載のレンズ歪みの補正法。

【請求項4】
 
樽型歪みの撮影画像では、歪曲の小さな3辺から歪み係数を推定することを特徴とする請求項3に記載のレンズ歪みの補正法。

【請求項5】
 
糸巻き型歪みの撮影画像では、歪曲の大きな3辺から歪み係数を推定することを特徴とする請求項3に記載のレンズ歪みの補正法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2011016399thum.jpg
State of application right Registered
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