本發(fā)明屬于空間定位技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種基于模板的單目視覺目標(biāo)空間定位方法。

技術(shù)背景

目標(biāo)的準(zhǔn)確定位對(duì)于目標(biāo)的識(shí)別以及圖像的理解與分析起著十分重要的作用，復(fù)雜背景中的目標(biāo)定位在軍事、工業(yè)監(jiān)控、交通控制管理等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。對(duì)于目標(biāo)定位方面的研究，JorgeLob等提出結(jié)合慣性信息與視覺的三維重建方法，利用慣性傳感器與雙目視覺結(jié)合來恢復(fù)地平面及與之垂直線段的三維參數(shù)；中科院沈陽自動(dòng)化研究所的郝穎明等在目標(biāo)上預(yù)設(shè)一些人工標(biāo)志點(diǎn)，根據(jù)雙目立體視覺來對(duì)環(huán)境的三維信息進(jìn)行獲取，實(shí)時(shí)計(jì)算出移動(dòng)機(jī)器人相對(duì)標(biāo)志物的位置關(guān)系；石玉潔對(duì)視頻監(jiān)控中雙視角運(yùn)動(dòng)目標(biāo)三維空間定位技術(shù)進(jìn)行研究，基于SURF算法來提取特征點(diǎn)，并在戶外的環(huán)境中引入GPS來建立統(tǒng)一坐標(biāo)系實(shí)現(xiàn)目標(biāo)定位。

單目視覺通過單目攝像機(jī)進(jìn)行空間定位的一種定位技術(shù)。目前新的方法不斷產(chǎn)生，隨著多種學(xué)科的交叉引用，更促進(jìn)單目視覺目標(biāo)定位方法不斷發(fā)展?，F(xiàn)有目標(biāo)定位方法主要利用視覺特征建立目標(biāo)標(biāo)定模型，通過目標(biāo)投影定位確定目標(biāo)空間位置。顏色、紋理、邊緣、光流等視覺特征易于提取，但易受環(huán)境因素影響，特征穩(wěn)定性不好，導(dǎo)致目標(biāo)定位失效，定位準(zhǔn)確度低。小波特征、局部特征、特征基等雖然能夠增強(qiáng)定位的準(zhǔn)確性，但特征提取算法計(jì)算復(fù)雜度高，不利于實(shí)時(shí)目標(biāo)定位。定位速度快、精準(zhǔn)度高、魯棒性強(qiáng)的定位算法是目前單目視覺目標(biāo)定位方法的研究重點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有目標(biāo)定位方法通過目標(biāo)投影定位確定目標(biāo)空間位置時(shí)，其顏色、紋理、邊緣、光流等視覺特征雖易于提取，但易受環(huán)境因素影響，特征穩(wěn)定性不好，導(dǎo)致目標(biāo)定位失效、定位準(zhǔn)確度低的問題。

本發(fā)明技術(shù)方案如下：

一種基于標(biāo)定模板的單目視覺目標(biāo)標(biāo)定方法：定義標(biāo)定模板，檢測(cè)標(biāo)定模板圖像空間二維位置，將標(biāo)定模板圖像空間二維坐標(biāo)系映射到三維空間坐標(biāo)系，根據(jù)標(biāo)定模板在圖像平面內(nèi)的投影推導(dǎo)其在三維空間中相對(duì)攝像頭的距離與方位以對(duì)單目視覺目標(biāo)標(biāo)定。

進(jìn)一步的，所述定義標(biāo)定模板，包括如下步驟：采用對(duì)角黑色正方形方塊為模板基本形式，定義中心點(diǎn)與頂點(diǎn)，并定義中心點(diǎn)與頂點(diǎn)的完備性，對(duì)頂點(diǎn)與中心點(diǎn)編碼。

進(jìn)一步的，所述定義中心點(diǎn)與頂點(diǎn)的完備性的具體步驟是：

根據(jù)模板形式，定義中心點(diǎn)或頂點(diǎn)的四象限分區(qū)，四個(gè)分區(qū)分別記為I₁、I₂、I₃、I₄，對(duì)任意中心點(diǎn)或頂點(diǎn)在任意i方向上等間距選取的n個(gè)像素點(diǎn)，其均值為對(duì)應(yīng)中心點(diǎn)或頂點(diǎn)在I₁分區(qū)的像素均值為：

同理，以此求出中心點(diǎn)或頂點(diǎn)四個(gè)分區(qū)的像素均值中心點(diǎn)或頂點(diǎn)完備性定義如下：

完備中心點(diǎn)或頂點(diǎn)：

半完備中心點(diǎn)或頂點(diǎn)：

不完備中心點(diǎn)或頂點(diǎn)：均不存在；

其中，TH₁表示圖像中對(duì)角黑色方塊或者對(duì)角白色區(qū)域像素的相似程度，TH₂表示圖像中黑白區(qū)域像素的差異程度。

進(jìn)一步的，所述對(duì)頂點(diǎn)與中心點(diǎn)編碼的具體步驟是：

標(biāo)定模板中心點(diǎn)O的4個(gè)分區(qū)上的像素均值分別記根據(jù)像素均值確定4個(gè)分區(qū)的編碼，其中黑色用0編碼，白色用1編碼；

確定頂點(diǎn)各分區(qū)像素均值對(duì)任一頂點(diǎn)進(jìn)行編碼，其中黑色用0編碼，白色用1編碼；

根據(jù)中心點(diǎn)及頂點(diǎn)四個(gè)分區(qū)的像素均值確定其顏色進(jìn)行編碼。

進(jìn)一步的，所述推導(dǎo)標(biāo)定模板在三維空間中相對(duì)攝像頭的距離與方位，包括如下步驟：

使用模板標(biāo)定攝像機(jī)，確定初始標(biāo)定參數(shù)；

使標(biāo)定模板與待測(cè)目標(biāo)綁定，進(jìn)行圖像采集；

搜索該采集圖像角點(diǎn)，提取完備及半完備的中心點(diǎn)和頂點(diǎn)，計(jì)算采集圖像中的其中一對(duì)中心點(diǎn)與頂點(diǎn)的歐氏像素距離；

確定單目視覺采集到的采集圖像中心點(diǎn)；

根據(jù)所述采集圖像的標(biāo)定模板的中心點(diǎn)與頂點(diǎn)歐氏像素距離，及初始標(biāo)定參數(shù)，計(jì)算采集圖像中心點(diǎn)與攝像機(jī)中心的歐氏像素距離；

計(jì)算采集圖像中心點(diǎn)與標(biāo)定模板中心點(diǎn)的歐氏像素距離；

依上述采集圖像中心點(diǎn)與攝像機(jī)中心的歐氏像素距離及

采集圖像中心點(diǎn)與標(biāo)定模板中心點(diǎn)的歐氏像素距離，

計(jì)算標(biāo)定模板中心與攝像機(jī)中心的距離、方位角。

進(jìn)一步的，所述使用標(biāo)定模板標(biāo)定攝像機(jī)，確定初始標(biāo)定參數(shù)，包括如下步驟：

將標(biāo)定模板中心點(diǎn)O點(diǎn)放置于攝像機(jī)鏡頭組中心軸線上，平行于鏡頭平面；

標(biāo)定模板由近至遠(yuǎn)連續(xù)水平平移拍照取樣，得到各距離上的標(biāo)定圖像，分別對(duì)每張標(biāo)定圖像檢測(cè)所有角點(diǎn)，提取完備中心點(diǎn)、半完備中心點(diǎn)、完備頂點(diǎn)與半完備頂點(diǎn)，根據(jù)頂點(diǎn)編碼匹配對(duì)應(yīng)中心點(diǎn)與頂點(diǎn)，獲取中心點(diǎn)及頂點(diǎn)坐標(biāo)；

計(jì)算標(biāo)定圖像中B、O兩點(diǎn)的歐氏像素距離d_BO，標(biāo)定圖像中E、O兩點(diǎn)的歐氏像素距離d_EO：

其中，頂點(diǎn)O(x₀,y₀)、頂點(diǎn)B(x_B,y_B)、頂點(diǎn)E(x_E,y_E)；

d_l表示黑塊頂點(diǎn)與中心點(diǎn)間歐氏像素距離：

d_l＝E(d_BO，d_EO) (3)

確定初始標(biāo)定參數(shù)β_i：

其中，D_KO為標(biāo)定圖像中心點(diǎn)O與攝像機(jī)中心點(diǎn)K的歐氏空間距離。

進(jìn)一步的，所述根據(jù)所述采集圖像的標(biāo)定模板的中心點(diǎn)與頂點(diǎn)歐氏像素距離，及初始標(biāo)定參數(shù)，計(jì)算采集圖像中心點(diǎn)與攝像機(jī)中心的歐氏像素距離的具體步驟是：

采集圖像的中心點(diǎn)記為P(x,y)，根據(jù)所述采集圖像的標(biāo)定模板的中心點(diǎn)與頂點(diǎn)歐氏像素距離d_l，及初始標(biāo)定參數(shù)β_i，計(jì)算采集圖像中心點(diǎn)P與攝像機(jī)中心點(diǎn)K的歐氏空間距離D_KP：

DKP＝β_i×d_l (5)。

進(jìn)一步的，所述計(jì)算采集圖像中心點(diǎn)與標(biāo)定模板中心點(diǎn)的歐氏像素距離的具體步驟是：標(biāo)定模板中心點(diǎn)O(x₀,y₀)與采集圖像中心點(diǎn)P(x,y)的歐氏像素距離為d_OP：

其中：(x₀,y₀)為采集圖像中模板中心點(diǎn)O點(diǎn)坐標(biāo)。

進(jìn)一步的，所述計(jì)算標(biāo)定模板中心與攝像機(jī)中心的距離、方位角的具體步驟是：標(biāo)定模板中心點(diǎn)與攝像機(jī)中心的歐氏空間距離D與方位角α：

有益效果：

現(xiàn)有目標(biāo)定位方法需要額外輔助傳感器或測(cè)距設(shè)備，需要進(jìn)行坐標(biāo)系變換或重新建模，計(jì)算復(fù)雜度高，無法實(shí)時(shí)為后續(xù)處理提供精確的目標(biāo)參數(shù)信息，致使目標(biāo)跟蹤、目標(biāo)識(shí)別、語音定位等處理計(jì)算失效，同時(shí)，測(cè)試成本過高，多傳感器信息融合也會(huì)降低準(zhǔn)確度，對(duì)優(yōu)化算法要求更高，不利于實(shí)時(shí)性要求高、以及低功耗的小型設(shè)備采用。

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有目標(biāo)空間定位技術(shù)中，攝像機(jī)標(biāo)定方法復(fù)雜，無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確定位目標(biāo)的問題，提供一種基于標(biāo)定模板的單目視覺目標(biāo)空間定位方法(后簡(jiǎn)稱中的模板也為標(biāo)定模板)，根據(jù)模板在圖像平面內(nèi)的投影推導(dǎo)其在三維空間中相對(duì)攝像頭的距離與方位，當(dāng)模板緊鄰放置于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)前面時(shí)，可等效地對(duì)被測(cè)定運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行定位，以此輔助后續(xù)的視頻圖像運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)定位、麥克風(fēng)聲源陣列定位以及行人目標(biāo)定位等研究。該方法僅利用單目攝像頭/攝像機(jī)為采集前端即可實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的初始化定位工作，省去采用激光測(cè)距儀、紅外測(cè)距儀等輔助定位手段所帶來的坐標(biāo)系變換步驟，降低測(cè)試測(cè)量設(shè)備成本，提高實(shí)時(shí)定位測(cè)量效率。

本發(fā)明所述方法以模板替代運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行輔助定向、測(cè)距，利用模板標(biāo)定攝像機(jī)推導(dǎo)計(jì)算初始參數(shù)，檢測(cè)模板中心在圖像中的位置，即模板圖像空間二維位置，根據(jù)初始標(biāo)定參數(shù)將模板圖像空間二維坐標(biāo)系映射到三維空間坐標(biāo)系，以此獲取目標(biāo)空間位置(包括方向角和距離)。目標(biāo)空間位置的確定能夠克服在重疊和部分遮擋的情況下，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)在圖像平面不能被準(zhǔn)確識(shí)別的缺點(diǎn)，特別是在行人檢測(cè)、聲源陣列定向中實(shí)際應(yīng)用時(shí)，作為有益的輔助初始定位參數(shù)獲取手段，更突顯其工程實(shí)用價(jià)值。

附圖說明

圖1 I型和II型標(biāo)定模板示意圖；

圖2 任意方向等距取點(diǎn)示意圖；

圖3 中心點(diǎn)完備性示意圖(n＝1)；

圖4 中心點(diǎn)O編碼示意圖；

圖5 頂點(diǎn)E編碼示意圖；

圖6 攝像頭標(biāo)定方法示意圖；

圖7 模板定位示意圖；

圖8 攝像機(jī)標(biāo)定過程；

圖9 目標(biāo)距離3m檢測(cè)結(jié)果示意圖；

圖10 實(shí)例2定位測(cè)試示意圖；

圖11 實(shí)例3定位測(cè)試示意圖；

圖12 實(shí)例4定位測(cè)試示意圖；

圖13 實(shí)例5定位測(cè)試示意圖；

圖14 單目視覺目標(biāo)標(biāo)定過程說明圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)描述：

一種基于標(biāo)定模板的單目視覺目標(biāo)標(biāo)定方法，

第一步，根據(jù)要求定義標(biāo)定模板，定義目標(biāo)步驟如下：

(1)定義標(biāo)定模板

如圖1所示，標(biāo)定模板分為圖1中I型、II型兩種形式，采用對(duì)角黑色正方形方塊(two-square feature)為模板基本形式，定義為攝像機(jī)標(biāo)定模板樣式。該I型或II型模板獨(dú)立使用，黑白打印于A4紙張(國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)尺寸為210mm×297mm)，要求水平且垂直居中，其中，設(shè)任意一個(gè)黑色正方形的邊長(zhǎng)為l(單位：毫米)。

(2)定義中心點(diǎn)與頂點(diǎn)的完備性

圖1中，I型和II型標(biāo)定模板的O點(diǎn)定義為標(biāo)定模板的中心點(diǎn)，后簡(jiǎn)稱中心點(diǎn)；A、B、C、D、E和F點(diǎn)定義為標(biāo)定模板的頂點(diǎn)，后簡(jiǎn)稱頂點(diǎn)。

根據(jù)模板形式，定義中心點(diǎn)的四象限分區(qū)，如圖2所示，四個(gè)分區(qū)分別記為I₁、I₂、I₃、I₄，對(duì)任意中心點(diǎn)在任意i方向上等間距選取的n個(gè)像素點(diǎn)，其均值為對(duì)應(yīng)中心點(diǎn)在I₁分區(qū)的像素均值為：

同理求出中心點(diǎn)四個(gè)分區(qū)的像素均值中心點(diǎn)完備性定義如下：

完備中心點(diǎn)：

半完備中心點(diǎn)：

不完備中心點(diǎn)：均不存在；

其中，TH₁表示圖像中對(duì)角黑色方塊或者對(duì)角白色區(qū)域像素的相似程度，TH₂表示圖像中黑白區(qū)域像素的差異程度。頂點(diǎn)完備性定義與中心點(diǎn)同理。

在本實(shí)施例中，n是取點(diǎn)個(gè)數(shù)其中為向下取整操作。圖2中，黑色與白色表示取點(diǎn)位置，作為一種實(shí)施例，分別以45°、135°、225°和315°方向取點(diǎn)，點(diǎn)數(shù)n＝4。4個(gè)分區(qū)的像素點(diǎn)均值記為，使用上述方法，以確定各點(diǎn)的完備性。

(3)頂點(diǎn)與中心點(diǎn)編碼

本實(shí)施例中，使用I型模板為例說明。標(biāo)定模板中心點(diǎn)O的4個(gè)分區(qū)上的像素均值分別記根據(jù)像素均值確定4個(gè)分區(qū)的編碼，其中黑色用0編碼，白色用1編碼；

確定頂點(diǎn)各分區(qū)像素均值對(duì)任一頂點(diǎn)進(jìn)行編碼，其中黑色用0編碼，白色用1編碼；

根據(jù)中心點(diǎn)及頂點(diǎn)四個(gè)分區(qū)的像素均值確定其顏色進(jìn)行編碼。中心點(diǎn)及頂點(diǎn)編碼示意如圖4和圖5所示，編碼字典如表1所示。

第二步，利用模板標(biāo)定攝像頭，確定初始標(biāo)定參數(shù)β_i

將標(biāo)定模板中心點(diǎn)O點(diǎn)放置于攝像機(jī)鏡頭組中心軸線上，平行于鏡頭平面(或焦平面)，位置關(guān)系如圖6所示。

標(biāo)定模板由近至遠(yuǎn)連續(xù)水平平移拍照取樣，得到各距離上的標(biāo)定圖像，分別對(duì)每張標(biāo)定圖像使用Harris角點(diǎn)檢測(cè)算法檢測(cè)所有角點(diǎn)，提取完備中心點(diǎn)、半完備中心點(diǎn)、完備頂點(diǎn)與半完備頂點(diǎn)，根據(jù)頂點(diǎn)編碼匹配對(duì)應(yīng)中心點(diǎn)與頂點(diǎn)，獲取中心點(diǎn)及頂點(diǎn)坐標(biāo)。以頂點(diǎn)O(x₀,y₀)與頂點(diǎn)B(x_B,y_B)和頂點(diǎn)E(x_E,y_E)為例，可知：

其中，d_BO為圖像中B、O兩點(diǎn)的歐氏像素距離，d_EO為圖像中E、O兩點(diǎn)的歐氏像素距離，d_l表示黑塊頂點(diǎn)與中心點(diǎn)間歐氏像素距離，則有：

d_l＝E(d_BO，d_EO)

其中，D_KO為圖像中心點(diǎn)(此時(shí)，即為模板中心點(diǎn)O)與攝像機(jī)鏡頭中心點(diǎn)K的歐氏空間距離，由此確定初始標(biāo)定參數(shù)β_i：

第三步：將標(biāo)定模板與待測(cè)目標(biāo)固定在一起，利用標(biāo)定模板位置代替待測(cè)目標(biāo)位置，進(jìn)行圖像采集與視頻拍攝，如圖7所示。具體的，將模板固定在運(yùn)動(dòng)目標(biāo)中心處，通過攝像頭采集視頻圖像，并將視頻幀轉(zhuǎn)換為灰度圖像序列。

第四步：利用Harris角點(diǎn)檢測(cè)算法，對(duì)灰度圖像幀進(jìn)行角點(diǎn)搜索、計(jì)算。

第五步：檢測(cè)各角點(diǎn)的完備性，提取完備及半完備的中心點(diǎn)和頂點(diǎn)。

第六步：根據(jù)中心點(diǎn)及頂點(diǎn)編碼表進(jìn)行查表匹配，確定中心點(diǎn)O與頂點(diǎn)B、C、E、F的坐標(biāo)，取其中一對(duì)頂點(diǎn)與中心點(diǎn)進(jìn)行歐氏像素距離計(jì)算，記為d_l。

第七步：確定圖像中心點(diǎn)P(x,y)，計(jì)算模板中心點(diǎn)O與圖像中心點(diǎn)P的歐氏像素距離d_OP，根據(jù)初始參數(shù)β_i與d_l確定圖像中心點(diǎn)與攝像機(jī)中心的歐氏空間距離D_KP。

第八步：根據(jù)d_OP和D_KP，計(jì)算模板中心與攝像機(jī)的距離D與方位角α。

由此，步驟四至步驟八的具體方法還可使用如下表述：

利用角點(diǎn)檢測(cè)法，檢測(cè)輸入圖像(采集圖像)或視頻幀中全部角點(diǎn)，根據(jù)角點(diǎn)的完備性，檢測(cè)中心點(diǎn)與頂點(diǎn)。根據(jù)編碼表，匹配中心點(diǎn)與各頂點(diǎn)，獲取中心點(diǎn)及各頂點(diǎn)坐標(biāo)，計(jì)算圖像中模板中心點(diǎn)與頂點(diǎn)間的歐氏像素距離d_l。輸入圖像中心點(diǎn)記為P(x,y)，模板中心點(diǎn)O與圖像中心點(diǎn)P的歐氏像素距離為d_OP，根據(jù)初始標(biāo)定參數(shù)β_i與中心點(diǎn)與頂點(diǎn)間的歐氏像素距離d_l，確定圖像中心點(diǎn)P與攝像機(jī)中心的歐氏空間距離為D_KP。

D_KP＝β_i*d_l

定位模板中心，即對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定向、測(cè)距，根據(jù)D_KP與d_OP確定模板中心點(diǎn)與攝像機(jī)的歐氏空間距離D與方位角α

本實(shí)施例解決現(xiàn)有目標(biāo)定位技術(shù)中初始化定位算法復(fù)雜，經(jīng)常需要激光測(cè)距儀、紅外測(cè)距儀等輔助定位手段，測(cè)試成本高，實(shí)時(shí)性差的問題。提供一種基于模板的單目視覺目標(biāo)定位方法。通過單目攝像頭/攝像機(jī)，利用模板代替運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行輔助定向、測(cè)距，算法復(fù)雜度低，降低測(cè)試設(shè)備成本，大大增強(qiáng)了目標(biāo)定位的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，為后續(xù)目標(biāo)跟蹤、目標(biāo)檢測(cè)、聲源陣列初始定位等實(shí)際應(yīng)用提供必要的初始化參數(shù)和實(shí)時(shí)校準(zhǔn)保障。

通過采用上述技術(shù)方案，本實(shí)施例提供的一種基于模板的單目視覺目標(biāo)定位方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有這樣的有益效果：

現(xiàn)有目標(biāo)定位方法需要額外輔助傳感器或測(cè)距設(shè)備，需要進(jìn)行坐標(biāo)系變換或重新建模，計(jì)算復(fù)雜度高，無法實(shí)時(shí)為后續(xù)處理提供精確的目標(biāo)參數(shù)信息，致使目標(biāo)跟蹤、目標(biāo)識(shí)別、語音定位等處理計(jì)算失效，同時(shí)，測(cè)試成本過高，多傳感器信息融合也會(huì)降低準(zhǔn)確度，對(duì)優(yōu)化算法要求更高，不利于實(shí)時(shí)性要求高、以及低功耗的小型設(shè)備采用。

本實(shí)施例采用模板代替運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，對(duì)模板進(jìn)行檢測(cè)、定向以及測(cè)距，利用模板標(biāo)定攝像機(jī)，計(jì)算初始標(biāo)定參數(shù)，利用角點(diǎn)檢測(cè)和角點(diǎn)完備性檢測(cè)確定模板中心，根據(jù)初始參數(shù)，將圖像二維空間模板位置映射到三維空間位置，獲取運(yùn)動(dòng)目標(biāo)距攝像頭的距離及方向角。該方法能夠有效應(yīng)用于室內(nèi)、室外場(chǎng)景，適用于單個(gè)或多個(gè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)定位，解決運(yùn)動(dòng)目標(biāo)易受光照、遮擋等環(huán)境因素影響導(dǎo)致特征提取困難、檢測(cè)實(shí)現(xiàn)的問題，計(jì)算復(fù)雜度低，能夠快速有效的定位運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)空間位置的確定，能夠有效的應(yīng)用于目標(biāo)跟蹤、行人檢測(cè)、聲源陣列定向等后續(xù)處理中，具有一定的工程使用價(jià)值。

實(shí)施例1：攝像機(jī)標(biāo)定，初始標(biāo)定參數(shù)確定

本實(shí)施例為攝像機(jī)標(biāo)定過程，確定初始標(biāo)定參數(shù)，并對(duì)本發(fā)明所提方法測(cè)試。在室外環(huán)境中，攝像機(jī)安裝并固定于某機(jī)器人或者三腳架頂部，水平拍攝，本次采用十字網(wǎng)格攝像機(jī)，自動(dòng)獲取攝像頭拍攝，在鏡頭的視野內(nèi)，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)手持模板，自0.5米-5米之間連續(xù)平移，攝像機(jī)從目標(biāo)距離0.5米時(shí)開始拍照，目標(biāo)距離每增加0.5米攝像機(jī)拍攝一次，拍攝過程中，保證模板方向盡量正對(duì)攝像頭，保證模板中心點(diǎn)與攝像機(jī)拍攝圖像中心保持重合。

實(shí)例參數(shù)說明：圖像格式PNG，圖像尺寸1920×1080，標(biāo)定圖像張數(shù)10張。

本實(shí)例標(biāo)定過程如圖8所示，以目標(biāo)距離攝像機(jī)3m時(shí)的檢測(cè)結(jié)果為例，如圖9所示，初始標(biāo)定參數(shù)計(jì)算結(jié)果如表2所示，利用初始參數(shù)β_i計(jì)算此時(shí)測(cè)量距離與方向角，與實(shí)際距離與實(shí)際角度進(jìn)行對(duì)比，得到距離誤差和角度誤差，由于標(biāo)定過程中模板中心始終與攝像頭中心重合，實(shí)際角度為0°。標(biāo)定誤差如表3所示，可知，距離誤差范圍在15mm內(nèi)，角度誤差范圍在1.2°內(nèi)，均達(dá)到誤差允許范圍指標(biāo)內(nèi)。

實(shí)施例2：基于模板的單目視覺目標(biāo)定位方法性能測(cè)試

本實(shí)施例基于實(shí)施例1，根據(jù)初始標(biāo)定參數(shù)，基于模板利用單目攝像機(jī)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位。在室內(nèi)環(huán)境中，攝像機(jī)安裝并固定于某機(jī)器人或者三腳架頂部，水平拍攝，本次采用十字網(wǎng)格攝像機(jī)，自動(dòng)獲取攝像頭拍攝，在鏡頭的視野內(nèi)，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)手持模板，根據(jù)設(shè)定距離與方向移動(dòng)，利用地面標(biāo)定尺確定目標(biāo)實(shí)際距離與實(shí)際角度，利用本文方法對(duì)拍攝圖像進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)量值與實(shí)際值技術(shù)距離誤差與角度誤差。

實(shí)例參數(shù)說明：圖像格式PNG，圖像尺寸1920×1080，標(biāo)定圖像張數(shù)8張。本實(shí)例定位過程如圖10所示，利用初始參數(shù)β_i計(jì)算此時(shí)測(cè)量距離與方向角，與實(shí)際距離與實(shí)際角度進(jìn)行對(duì)比，得到距離誤差和角度誤差，定位結(jié)果及方法性能測(cè)試結(jié)果如表4所示，可知，距離誤差范圍在15mm內(nèi)，角度誤差范圍在1.2°內(nèi)，均達(dá)到誤差允許范圍指標(biāo)內(nèi)。

實(shí)施例3：走廊環(huán)境，單個(gè)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)情況

本實(shí)施例將本發(fā)明應(yīng)用于攝像機(jī)靜止拍攝狀態(tài)下，走廊內(nèi)單個(gè)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)定位。在此條件下，攝像機(jī)安裝并固定于某機(jī)器人或者三腳架頂部，水平拍攝，在鏡頭的視野內(nèi)，一個(gè)人物目標(biāo)手持模板，模板方向盡量正對(duì)攝像機(jī)，目標(biāo)按照0.6m/s的速度，在視野范圍內(nèi)由遠(yuǎn)及近靠近攝像機(jī)。本實(shí)例基于實(shí)例1的攝像頭標(biāo)定過程，對(duì)視頻中運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行定位。

實(shí)施例參數(shù)說明：視頻格式MP4，視頻幀數(shù)160幀，視頻圖像尺寸1920×1080。

本實(shí)例定位過程如圖11所示，以第10幀、30幀、50幀、70幀、90幀、110幀、130幀、150幀為例，說明運(yùn)動(dòng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)過程及檢測(cè)結(jié)果，目標(biāo)定位結(jié)果如表5所示。

實(shí)施例4：室外環(huán)境，單個(gè)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)情況

本實(shí)施例將本發(fā)明應(yīng)用于攝像機(jī)靜止拍攝狀態(tài)下，室外廣場(chǎng)內(nèi)單個(gè)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)定位。在此條件下，攝像機(jī)安裝并固定于某機(jī)器人或者三腳架頂部，水平拍攝，在鏡頭的視野內(nèi)，一個(gè)人物目標(biāo)手持模板，模板方向盡量正對(duì)攝像機(jī)，目標(biāo)按照0.6m/s的速度，在視野范圍內(nèi)由遠(yuǎn)及近遠(yuǎn)離攝像機(jī)。本實(shí)例基于實(shí)例1的攝像頭標(biāo)定過程，對(duì)視頻中運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行定位。

實(shí)施例參數(shù)說明：視頻格式MP4，視頻幀數(shù)160幀，視頻圖像尺寸1920×1080。

本實(shí)例定位過程如圖12所示，以第10幀、30幀、50幀、70幀、90幀、110幀、130幀、150幀為例，說明運(yùn)動(dòng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)過程及檢測(cè)結(jié)果。目標(biāo)定位結(jié)果如表6所示。

實(shí)施例5：室外環(huán)境，兩個(gè)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)情況

本實(shí)施例將本發(fā)明應(yīng)用于攝像機(jī)靜止拍攝狀態(tài)下，室外廣場(chǎng)內(nèi)兩個(gè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)定位。在此條件下，攝像機(jī)安裝并固定于某機(jī)器人或者三腳架頂部，水平拍攝，在鏡頭的視野內(nèi)，目標(biāo)1號(hào)手持I型模板，目標(biāo)2號(hào)手持II型模板，模板方向盡量正對(duì)攝像機(jī)，分別按照0.6m/s的速度，在視野范圍內(nèi)由遠(yuǎn)及近走近攝像機(jī)。本實(shí)例基于實(shí)例1的攝像頭標(biāo)定過程，對(duì)視頻中運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行定位。

實(shí)施例參數(shù)說明：視頻格式MP4，視頻幀數(shù)160幀，視頻圖像尺寸1920×1080。

本實(shí)例定位過程如圖12所示，以第10幀、30幀、50幀、70幀、90幀、110幀、130幀、150幀為例，說明運(yùn)動(dòng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)過程及檢測(cè)結(jié)果，目標(biāo)定位結(jié)果如表5所示。

附表：

表1 I型模板中心點(diǎn)-頂點(diǎn)編碼表；

表2 初始標(biāo)定參數(shù)表；

表3 初始標(biāo)定定位測(cè)試表；

表4 實(shí)例2定位結(jié)果；

表5 實(shí)例3定位結(jié)果；

表6 實(shí)例4定位結(jié)果；

表7 實(shí)例5定位結(jié)果。

表1 I型模板中心點(diǎn)-頂點(diǎn)編碼表

表2 初始標(biāo)定參數(shù)表

表3 初始標(biāo)定定位表

表4 實(shí)例2定位結(jié)果

表5 實(shí)例3定位結(jié)果

表6 實(shí)例4定位結(jié)果

表7 實(shí)例5定位結(jié)果

以上所述，僅為本發(fā)明創(chuàng)造較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明創(chuàng)造披露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明創(chuàng)造的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之內(nèi)。