OpenCV（cv::undistort()）

目录

• 1. 函数原型
• 2. 作用
• 3. 示例
• 4. 使用场景
• 5. 注意事项

cv::undistort() 是 OpenCV 中用于校正失真的图像的函数。这个函数通常用于消除相机镜头引起的图像畸变（如径向和切向失真），使得图像中的直线保持直线。这在相机标定过程中非常重要，尤其是当你在图像处理中需要精确几何形状的检测或分析时。

1. 函数原型

void cv::undistort(
    InputArray src, 
    OutputArray dst, 
    InputArray cameraMatrix, 
    InputArray distCoeffs, 
    InputArray newCameraMatrix = noArray()
);

参数：

• src：输入图像，通常是失真的图像。

• dst：输出图像，它是通过校正畸变后的结果图像。

• cameraMatrix：相机矩阵（3x3 内参矩阵），包含相机的焦距和光心位置。它的形式为：

  \[\begin{bmatrix} f_x & 0 & c_x \\ 0 & f_y & c_y \\ 0 & 0 & 1 \end{bmatrix} \]

  其中 \(f_x\) 和 \(f_y\) 是焦距，\(c_x\) 和 \(c_y\) 是光心坐标。

• distCoeffs：失真系数的向量，通常包含 4 到 8 个参数，用于描述径向和切向畸变。例如，标准的 5 个参数是：

  \[[k_1, k_2, p_1, p_2, k_3] \]

  其中，\(k_1\)、\(k_2\)、\(k_3\) 是径向畸变系数，\(p_1\)、\(p_2\) 是切向畸变系数。

• newCameraMatrix（可选）：用于输出图像的新相机矩阵。如果未提供该矩阵，默认将使用与 cameraMatrix 相同的矩阵。在某些情况下，可以使用该参数调整图像的视角或缩放比。

2. 作用

cv::undistort() 主要用于矫正因镜头产生的失真，使得图像中的对象恢复原来的形状。相机镜头会产生两种主要的失真：

1. 径向畸变（Radial Distortion）：这种失真会导致图像中的直线出现弯曲，特别是在图像的边缘。
2. 切向畸变（Tangential Distortion）：由于镜头和图像传感器的不对齐，导致图像出现非对称的变形。

3. 示例

假设已经对相机进行了标定，获得了相机内参矩阵和失真系数，接下来可以使用 cv::undistort() 校正畸变图像：

#include <opencv2/opencv.hpp>

int main() {
    // 读取失真图像
    cv::Mat distorted = cv::imread("distorted_image.jpg");

    // 相机内参矩阵
    cv::Mat cameraMatrix = (cv::Mat_<double>(3, 3) << 
                            800, 0, 320,
                            0, 800, 240,
                            0, 0, 1);

    // 失真系数
    cv::Mat distCoeffs = (cv::Mat_<double>(1, 5) << 
                          -0.2, 0.1, 0, 0, 0);

    // 用于存储校正后的图像
    cv::Mat undistorted;

    // 校正图像
    cv::undistort(distorted, undistorted, cameraMatrix, distCoeffs);

    // 显示结果
    cv::imshow("Distorted Image", distorted);
    cv::imshow("Undistorted Image", undistorted);
    cv::waitKey(0);

    return 0;
}

4. 使用场景

1. 相机标定和校正：在使用相机拍摄之前或之后，你可能会希望校正图像中的几何失真。
2. 精确几何分析：当你需要进行边缘检测、形状检测、特征匹配等任务时，失真图像可能会影响精度，校正图像能提高分析的准确性。
3. 增强现实：在增强现实（AR）应用中，将虚拟对象叠加在现实世界的场景上时，需要对图像进行畸变校正，以避免虚拟对象的位置失准。

5. 注意事项

• 相机矩阵和失真系数通常是通过相机标定获得的，这需要多张图像和标定对象（如棋盘格）。
• 如果输入图像已经被校正，那么不再需要使用 cv::undistort()，重复校正会导致图像失真。