一種監(jiān)控?cái)z像機(jī)測(cè)距方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種監(jiān)控?cái)z像機(jī)測(cè)距方法和裝置，屬于智能監(jiān)控【技術(shù)領(lǐng)域】，該方法包括：通過標(biāo)定工具的不同擺放位置獲取不同的世界坐標(biāo)系和每個(gè)世界坐標(biāo)系里的標(biāo)定點(diǎn)；獲取每個(gè)世界坐標(biāo)系的標(biāo)定點(diǎn)在世界坐標(biāo)系中的位置和在圖像坐標(biāo)系中的位置；根據(jù)標(biāo)定點(diǎn)在世界坐標(biāo)系中的位置和在圖像坐標(biāo)系中的位置計(jì)算出不同世界坐標(biāo)系下的攝像機(jī)參數(shù)；選取對(duì)測(cè)距點(diǎn)合適的世界坐標(biāo)系對(duì)應(yīng)的攝像機(jī)參數(shù)，將測(cè)距點(diǎn)從圖像坐標(biāo)系投影到世界坐標(biāo)系中，計(jì)算測(cè)距點(diǎn)之間的真實(shí)距離。本發(fā)明降低了由于標(biāo)定范圍廣、人工標(biāo)定操作帶來的誤差對(duì)攝像機(jī)參數(shù)的計(jì)算產(chǎn)生的較大影響，提高了測(cè)距的準(zhǔn)確性，適合于監(jiān)控視野比較寬廣的監(jiān)控?cái)z像頭的參數(shù)標(biāo)定和測(cè)距。
【專利說明】一種監(jiān)控?cái)z像機(jī)測(cè)距方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于智能監(jiān)控【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種監(jiān)控?cái)z像機(jī)測(cè)距方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著監(jiān)控?cái)z像頭廣泛的應(yīng)用于人們生活的方方面面，監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)呈現(xiàn)爆炸式的增長(zhǎng)。攝像機(jī)參數(shù)是監(jiān)控視頻分析非常重要的一項(xiàng)信息，可以用來建立起目標(biāo)在圖像坐標(biāo)和世界坐標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。其中一個(gè)很重要的用途是:根據(jù)攝像機(jī)參數(shù)，計(jì)算圖像中兩點(diǎn)在實(shí)際世界中的真實(shí)距離。這一用途廣泛應(yīng)用于車型檢測(cè)，車速測(cè)定等智能監(jiān)控應(yīng)用中。
[0003]攝像機(jī)標(biāo)定和測(cè)距方法的核心在于如何計(jì)算出精確的攝像機(jī)參數(shù)、以及如何有效地應(yīng)用攝像機(jī)參數(shù)。文獻(xiàn)“Flexible Camera Calibration by Viewing a Plane fromUnknown Orientations”提出來基于標(biāo)定點(diǎn)的攝像機(jī)參數(shù)計(jì)算方法,實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)證明，在標(biāo)定點(diǎn)非常精確的情況下，這種方法計(jì)算出來的攝像機(jī)參數(shù)也非常精確。因此，在應(yīng)用中，攝像機(jī)標(biāo)定的核心問題是如何獲得比較精確的標(biāo)定點(diǎn)和如何降低因?yàn)闃?biāo)定點(diǎn)的誤差所帶來的影響。
[0004]中國(guó)專利說明書CN102867414A(
【公開日】2013年I月9日)提出了一種基于PTZ攝像機(jī)快速標(biāo)定的車輛排隊(duì)長(zhǎng)度測(cè)量方法，該方法包括:選取垂直交叉的兩條交通標(biāo)線組成丁字形的標(biāo)定參考物，根據(jù)定義的圖像坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系的模型，建立圖像中像素點(diǎn)的坐標(biāo)與世界坐標(biāo)系中路面對(duì)應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)之間的換算關(guān)系；采用PTZ攝像機(jī)獲取交通監(jiān)視場(chǎng)景的視頻圖像，設(shè)置車道的興趣域R0I，采用背景自適應(yīng)更新算法和紋理特征檢測(cè)興趣域內(nèi)的車輛排隊(duì)狀態(tài)，獲取排隊(duì)車輛隊(duì)尾的像素及其坐標(biāo)；將已檢測(cè)到的隊(duì)尾像素坐標(biāo)換算成世界坐標(biāo)，最終計(jì)算出車輛排隊(duì)的長(zhǎng)度。
[0005]中國(guó)專利說明書CN101520897 (
【公開日】2009年9月2日)提出了一種攝像機(jī)標(biāo)定方法，該方法包括:利用攝像機(jī)獲取平板靶標(biāo)圖像；獲取全部特征點(diǎn)的點(diǎn)中心坐標(biāo)值；根據(jù)徑向畸變模型獲取攝像機(jī)鏡頭的初始徑向畸變系數(shù)；將全部特征點(diǎn)的點(diǎn)中心坐標(biāo)值進(jìn)行徑向畸變校正；采用切向畸變模型獲取初始切向畸變系數(shù)，根據(jù)切向畸變系數(shù)對(duì)點(diǎn)中心坐標(biāo)值進(jìn)行切向畸變校正；獲取畸變校正后的攝像機(jī)的投影矩陣，根據(jù)投影矩陣獲取攝像機(jī)的內(nèi)方位參數(shù)和外方位參數(shù)。
[0006]上述攝像機(jī)標(biāo)定方法適用于面向小視野的攝像機(jī)(比如室內(nèi)攝像機(jī))，而對(duì)于面向?qū)拸V視野的監(jiān)控?cái)z像頭，由于標(biāo)定范圍廣，這些方法在實(shí)現(xiàn)標(biāo)定中需要耗費(fèi)大量精力在標(biāo)定點(diǎn)的標(biāo)定上，且在標(biāo)定點(diǎn)較少時(shí)，人工標(biāo)定操作帶來的誤差對(duì)攝像機(jī)參數(shù)的計(jì)算產(chǎn)生較大影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于多世界坐標(biāo)系的監(jiān)控?cái)z像機(jī)標(biāo)定和測(cè)距方法及裝置，以針對(duì)面向?qū)拸V視域的監(jiān)控?cái)z像頭進(jìn)行標(biāo)定，并且通過多重標(biāo)定方法來大大降低因?yàn)槿斯げ僮鲙淼恼`差影響。[0008]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下:
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供的一種監(jiān)控?cái)z像機(jī)測(cè)距方法包括:
[0010]世界坐標(biāo)系獲取步驟:通過標(biāo)定工具的不同擺放位置獲取不同的世界坐標(biāo)系和每個(gè)世界坐標(biāo)系里的標(biāo)定點(diǎn)；
[0011]標(biāo)定步驟:獲取每個(gè)世界坐標(biāo)系里的標(biāo)定點(diǎn)在世界坐標(biāo)系中的位置和在圖像坐標(biāo)系中的位置；
[0012]攝像機(jī)參數(shù)計(jì)算步驟:根據(jù)每個(gè)世界坐標(biāo)系的標(biāo)定點(diǎn)在世界坐標(biāo)系中的位置和在圖像坐標(biāo)系中的位置計(jì)算出不同世界坐標(biāo)系下的攝像機(jī)參數(shù)；
[0013]測(cè)距步驟:選取對(duì)測(cè)距點(diǎn)合適的世界坐標(biāo)系對(duì)應(yīng)的攝像機(jī)參數(shù)，將測(cè)距點(diǎn)從圖像坐標(biāo)系投影到世界坐標(biāo)系中，計(jì)算測(cè)距點(diǎn)之間的真實(shí)距離。
[0014]優(yōu)選地，世界坐標(biāo)系獲取步驟進(jìn)一步包括:根據(jù)用戶需求和場(chǎng)景情況在至少兩個(gè)位置依次擺放標(biāo)定工具，對(duì)每個(gè)擺放位置提供至少四個(gè)標(biāo)定點(diǎn)；其中，每個(gè)擺放位置對(duì)應(yīng)一個(gè)獨(dú)立的世界坐標(biāo)系。
[0015]優(yōu)選地，獲取每個(gè)世界坐標(biāo)系的標(biāo)定點(diǎn)在圖像坐標(biāo)系中的位置進(jìn)一步包括:對(duì)同一個(gè)標(biāo)定點(diǎn)在圖像中標(biāo)定多次，將多次標(biāo)定的圖像坐標(biāo)值的均值作為該標(biāo)定點(diǎn)在圖像坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值。
[0016]優(yōu)選地,攝像機(jī)參數(shù)計(jì)算步驟進(jìn)一步包括:
[0017]對(duì)每一個(gè)世界坐標(biāo)系，攝像機(jī)參數(shù)為圖像坐標(biāo)系和標(biāo)定點(diǎn)所在平面之間的單應(yīng)性矩陣H，存在以下關(guān)系式:
[0018]
【權(quán)利要求】
1.一種監(jiān)控?cái)z像機(jī)測(cè)距方法，其特征在于，該方法包括: 世界坐標(biāo)系獲取步驟:通過標(biāo)定工具的不同擺放位置獲取不同的世界坐標(biāo)系和每個(gè)世界坐標(biāo)系里的標(biāo)定點(diǎn)； 標(biāo)定步驟:獲取所述每個(gè)世界坐標(biāo)系里的標(biāo)定點(diǎn)在世界坐標(biāo)系中的位置和在圖像坐標(biāo)系中的位置； 攝像機(jī)參數(shù)計(jì)算步驟:根據(jù)每個(gè)世界坐標(biāo)系的標(biāo)定點(diǎn)在世界坐標(biāo)系中的位置和在圖像坐標(biāo)系中的位置計(jì)算出不同世界坐標(biāo)系下的攝像機(jī)參數(shù)； 測(cè)距步驟:選取對(duì)測(cè)距點(diǎn)合適的世界坐標(biāo)系對(duì)應(yīng)的攝像機(jī)參數(shù)，將測(cè)距點(diǎn)從圖像坐標(biāo)系投影到世界坐標(biāo)系中，計(jì)算測(cè)距點(diǎn)之間的真實(shí)距離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述世界坐標(biāo)系獲取步驟進(jìn)一步包括:根據(jù)用戶需求和場(chǎng)景情況在至少兩個(gè)位置依次擺放標(biāo)定工具，對(duì)每個(gè)擺放位置提供至少四個(gè)標(biāo)定點(diǎn)；其中，每個(gè)擺放位置對(duì)應(yīng)一個(gè)獨(dú)立的世界坐標(biāo)系。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，獲取所述每個(gè)世界坐標(biāo)系的標(biāo)定點(diǎn)在圖像坐標(biāo)系中的位置進(jìn)一步包括:對(duì)同一個(gè)標(biāo)定點(diǎn)在圖像中標(biāo)定多次，將多次標(biāo)定的圖像坐標(biāo)值的均值作為該標(biāo)定點(diǎn)在圖像坐標(biāo)系 中的坐標(biāo)值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述攝像機(jī)參數(shù)計(jì)算步驟進(jìn)一步包括: 對(duì)每一個(gè)世界坐標(biāo)系，攝像機(jī)參數(shù)為圖像坐標(biāo)系和標(biāo)定點(diǎn)所在平面之間的單應(yīng)性矩陣H，存在以下關(guān)系式:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)攝像機(jī)參數(shù)計(jì)算步驟進(jìn)一步包括: 對(duì)每一個(gè)世界坐標(biāo)系，攝像機(jī)參數(shù)為內(nèi)外參矩陣，存在以下關(guān)系式:
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述選取對(duì)測(cè)距點(diǎn)合適的世界坐標(biāo)系包括:選擇離測(cè)距點(diǎn)對(duì)在水平方向上最近、離測(cè)距點(diǎn)對(duì)豎直方向上最近、或者離測(cè)距點(diǎn)對(duì)中心位置最近的世界坐標(biāo)系。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述測(cè)距步驟進(jìn)一步包括: 獲取每個(gè)世界坐標(biāo)系的中心點(diǎn)在圖像坐標(biāo)系中的位置； 獲取測(cè)距點(diǎn)的中心點(diǎn)在圖像坐標(biāo)系中的位置； 根據(jù)測(cè)距點(diǎn)的中心點(diǎn)和世界坐標(biāo)系的中心點(diǎn)在圖像坐標(biāo)系中的位置，選取離測(cè)距點(diǎn)最近的世界坐標(biāo)系； 利用選取的世界坐標(biāo)系所對(duì)應(yīng)的攝像機(jī)參數(shù)，建立圖像坐標(biāo)系和世界坐標(biāo)系的映射關(guān)系; 根據(jù)測(cè)距點(diǎn)投影到選取的世界坐標(biāo)系的坐標(biāo)值，計(jì)算出測(cè)距點(diǎn)之間的真實(shí)距離。
8.—種監(jiān)控?cái)z像機(jī)測(cè)距裝置，其特征在于，該裝置包括以下模塊: 世界坐標(biāo)系獲取模塊，用于通過標(biāo)定工具的不同擺放位置獲取不同的世界坐標(biāo)系和每個(gè)世界坐標(biāo)系里的標(biāo)定點(diǎn)； 標(biāo)定模塊，用于獲取所述每個(gè)世界坐標(biāo)系里的標(biāo)定點(diǎn)在世界坐標(biāo)系中的位置和在圖像坐標(biāo)系中的位置； 攝像機(jī)參數(shù)計(jì)算模塊，用于根據(jù)每個(gè)世界坐標(biāo)系的標(biāo)定點(diǎn)在世界坐標(biāo)系中的位置和在圖像坐標(biāo)系中的位置計(jì)算出不同世界坐標(biāo)系下的攝像機(jī)參數(shù)； 測(cè)距模塊，選取對(duì)測(cè) 距點(diǎn)合適的世界坐標(biāo)系對(duì)應(yīng)的攝像機(jī)參數(shù)，將測(cè)距點(diǎn)從圖像坐標(biāo)系投影到世界坐標(biāo)系中，計(jì)算測(cè)距點(diǎn)之間的真實(shí)距離。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述世界坐標(biāo)系獲取模塊具體用于:根據(jù)用戶需求和場(chǎng)景情況在至少兩個(gè)位置依次擺放標(biāo)定工具，對(duì)每個(gè)擺放位置提供至少四個(gè)標(biāo)定點(diǎn)；其中，每個(gè)擺放位置對(duì)應(yīng)一個(gè)獨(dú)立的世界坐標(biāo)系。
10.根據(jù)權(quán)利要求8-9任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，所述測(cè)距模塊進(jìn)一步包括: 世界坐標(biāo)系選取單元，用于獲取每個(gè)世界坐標(biāo)系的中心點(diǎn)在圖像坐標(biāo)系中的位置以及測(cè)距點(diǎn)的中心點(diǎn)在圖像坐標(biāo)系中的位置；根據(jù)測(cè)距點(diǎn)的中心點(diǎn)和世界坐標(biāo)系的中心點(diǎn)在圖像坐標(biāo)系中的位置，選取離測(cè)距點(diǎn)最近的世界坐標(biāo)系； 距離計(jì)算單元，用于利用選取的世界坐標(biāo)系所對(duì)應(yīng)的攝像機(jī)參數(shù)，建立圖像坐標(biāo)系和世界坐標(biāo)系的映射關(guān)系；根據(jù)測(cè)距點(diǎn)投影到選取的世界坐標(biāo)系的坐標(biāo)值，計(jì)算出測(cè)距點(diǎn)之間的真實(shí)距離。
【文檔編號(hào)】G06T7/00GK103578109SQ201310552823
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月8日
【發(fā)明者】田永鴻, 彭佩璽, 王耀威, 黃鐵軍 申請(qǐng)人:中安消技術(shù)有限公司, 北京大學(xué)