一种立体摄像机外部参数的确定方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供了一种立体摄像机外部参数的确定方法及装置，方法包括：获取立体摄像机所处位置的地表数据；根据所述地表数据中各像素点在所述立体摄像机对应的摄像机坐标系中对应的三维坐标，在所述摄像机坐标系中生成符合所述各像素点对应的三维坐标的第一平面方程；根据所述摄像机坐标系中的原点与所述地表之间的距离，确定所述立体摄像机的架设高度；根据所述第一平面方程，生成所述第一平面方程对应的平面法向量；根据所述平面法向量，确定所述立体摄像机的俯仰角以及所述立体摄像机的倾斜角。应用本发明专利技术实施例不需要借助场景中的参考点就能够确定立体摄像机的外部参数。

【技术实现步骤摘要】
一种立体摄像机外部参数的确定方法及装置
本专利技术涉及图像处理领域，特别是涉及一种立体摄像机外部参数的确定方法及装置。
技术介绍
随着图像处理的技术的飞速发展，基于立体视觉图像的人体检测、目标跟踪、物体检测、距离检测、物体扫描识别以及场景三维重建等应用也得到了快速发展。通常情况下，可以使用立体摄像机来获取立体视觉图像。在使用立体摄像机获取立体视觉图像之前，需要预先对立体摄像机进行标定以确定准确的摄像机参数。具体地，摄像机参数包括摄像机的内部参数，通常简称内参，以及外部参数，通常简称外参。其中，外参表示立体摄像机在世界坐标系中的位置和方向，也就是说，立体摄像机外参表征了摄像机坐标系与世界坐标系之间的坐标变换关系，而立体摄像机外参对摄像机获取图像的精度有很大影响，通常将立体摄像机的架设高度、立体摄像机的俯仰角以及立体摄像机的倾斜角这三个参数作为立体摄像机的外参。如图1所示，图1为立体摄像机外部参数的示意图，在图1上部由xc轴、zc轴和yc轴组合成的三维坐标系为立体摄像机对应的摄像机坐标系，立体摄像机即为摄像机坐标系中的原点，标识为0c,；地表平面上虚线标识的由x轴、z轴和y轴组合成的坐标系为世界坐标系，原点为0；将摄像机坐标系平移到地表平面上，使摄像机坐标系的原点0c与世界坐标系的原点0重合；其中，地表与摄像机坐标系的原点之间的距离H为立体摄像机的架设高度；P角为立体摄像机的俯仰角，I角为立体摄像机的倾斜角。目前，确定立体摄像机外参的方法，通常包括：输入立体摄像机外参的初始值；拍摄场景图像，检测场景图像中垂直于地面的垂直边缘；根据场景中的垂直边缘投影到世界坐标系中的坐标平面上的形状与圆形的接近程度，评估立体摄像机外参的准确性；若立体摄像机外参的准确性不符合评估标准，则需要对立体摄像机外参进行调整，并迭代上述评估过程，直到获得满足评估标准的立体摄像机外参。可见，现有技术的这种立体摄像机外参的确定方法，需要借助场景中存在垂直于地面的垂直边缘这个参考点，才能得到准确的立体摄像机外参，对应用场景的要求较高。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种立体摄像机外部参数的确定方法及装置，不需要借助场景中的参考点就能够确定立体摄像机的外部参数。具体技术方案如下：本专利技术的一种实施方式公开了一种立体摄像机外部参数的确定方法，所述方法包括：获取立体摄像机所处位置的地表数据；根据所述地表数据中各像素点在所述立体摄像机对应的摄像机坐标系中对应的三维坐标，在所述摄像机坐标系中生成符合所述各像素点对应的三维坐标的第一平面方程；根据所述摄像机坐标系中的原点与所述地表之间的距离，确定所述立体摄像机的架设高度；根据所述第一平面方程，生成所述第一平面方程对应的平面法向量；根据所述平面法向量，确定所述立体摄像机的俯仰角以及所述立体摄像机的倾斜角。优选地，所述方法还包括：当所述地表数据不符合预设条件时，对所述地表数据进行滤波处理；其中，所述滤波处理包括时域中值滤波和空域中值滤波。优选地，所述根据所述地表数据中各像素点在所述立体摄像机对应的摄像机坐标系中对应的三维坐标，在所述摄像机坐标系中生成符合所述各像素点对应的三维坐标的第一平面方程的步骤，包括：从所述地表数据的像素点中选取至少三个像素点，将所述至少三个像素点在所述立体摄像机对应的摄像机坐标系中对应的三维坐标作为第一样本集合；根据所述第一样本集合，生成符合所述第一样本集合中各像素点在所述摄像机坐标系中对应的三维坐标的第二平面方程；根据所述第二平面方程，在所述地表数据中的像素点中确定所有符合所述第二平面方程的像素点，并将所述符合所述第二平面方程的像素点在所述摄像机坐标系中对应的三维坐标作为第二样本集合；根据所述第二样本集合，在所述摄像机坐标系中生成符合所述地表数据的像素点在所述摄像机坐标系中对应的三维坐标的第一平面方程。优选地，所述从所述地表数据的像素点中选取至少三个像素点的步骤，包括：使用随机一致性抽样RANSAC算法，从所述地表数据的像素点中选取至少三个像素点。优选地，所述从所述地表数据的像素点中选取至少三个像素点，将所述至少三个像素点在所述立体摄像机对应的摄像机坐标系中对应的三维坐标作为第一样本集合；根据所述第一样本集合，生成符合所述第一样本集合中各像素点对应的所述三维坐标的第二平面方程的步骤，包括：使用RANSAC算法，从所述地表数据的像素点中选取至少三个像素点，将所述至少三个像素点在所述立体摄像机对应的摄像机坐标系中对应的三维坐标作为第一样本集合；根据所述第一样本集合，生成符合所述第一样本集合中各像素点在所述摄像机坐标系中对应的三维坐标的当前平面方程；判断所述当前平面方程是否满足预设条件；当所述当前平面方程满足预设条件时，确定所述当前平面方程为第二平面方程；当所述当前平面方程不满足预设条件时，所述迭代次数加1，并返回执行所述从所述地表数据的像素点中选取至少三个像素点，将所述至少三个像素点在所述摄像机坐标系中对应的三维坐标作为第一样本集合的步骤；其中，所述迭代次数的初始值为0。优选地，所述预设条件，包括：所述地表数据的像素点中符合所述当前平面方程的像素点个数达到预设第一阈值，或者所述当前平面方程对应的迭代次数达到预设第二阈值。优选地，所述根据所述第二样本集合，在所述摄像机坐标系中生成符合所述地表数据的像素点在所述摄像机坐标系中对应的三维坐标的第一平面方程的步骤，包括：使用最小二乘法对所述第二样本集合进行拟合处理，生成符合所述地表数据的像素点在所述摄像机坐标系中对应的三维坐标的第一平面方程。优选地，所述根据所述平面法向量，确定所述立体摄像机的俯仰角以及所述立体摄像机的倾斜角的步骤，包括：在所述摄像机坐标系中，确定在所述立体摄像机由标准姿态旋转到当前姿态时对应zc轴以顺时针方向绕x轴旋转的第一角度，并将所述第一角度作为所述立体摄像机的俯仰角；以及在所述摄像机坐标系中，确定在所述立体摄像机由所述标准姿态旋转到所述当前姿态时对应xc轴以顺时针方向绕z轴旋转的第二角度，并将所述第二角度作为所述立体摄像机的倾斜角；其中，由所述xc轴、所述zc轴和yc轴组成的三维坐标系为所述摄像机坐标系；由所述x轴、所述z轴和y轴组成的三维坐标系为世界坐标系；当所述xc轴和所述zc轴与所述x轴和所述z轴的方向一致，且所述yc轴与所述y轴的方向相反时，对应所述立体摄像机的姿态为所述标准姿态。本专利技术实施方式还公开了一种立体摄像机外部参数的确定装置，所述装置包括：获取单元，用于获取立体摄像机所处位置的地表数据；第一生成单元，用于根据所述地表数据中各像素点在所述立体摄像机对应的摄像机坐标系中对应的三维坐标，在所述摄像机坐标系中生成符合所述各像素点对应的三维坐标的第一平面方程；第一确定单元，用于根据所述摄像机坐标系中的原点与所述地表之间的距离，确定所述立体摄像机的架设高度；第二生成单元，用于根据所述第一平面方程，生成所述第一平面方程对应的平面法向量；第二确定单元，用于根据所述平面法向量，确定所述立体摄像机的俯仰角以及所述立体摄像机的倾斜角。优选地，所述装置还包括：滤波单元，用于当所述地表数据不符合预设条件时，对所述地表数据进行滤波处理；其中，所述滤波处理包括时域中值滤波和空域中值滤波。优选地，所述第一生成单元，包括：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种立体摄像机外部参数的确定方法，其特征在于，所述方法包括：获取立体摄像机所处位置的地表数据；根据所述地表数据中各像素点在所述立体摄像机对应的摄像机坐标系中对应的三维坐标，在所述摄像机坐标系中生成符合所述各像素点对应的三维坐标的第一平面方程；根据所述摄像机坐标系中的原点与所述地表之间的距离，确定所述立体摄像机的架设高度；根据所述第一平面方程，生成所述第一平面方程对应的平面法向量；根据所述平面法向量，确定所述立体摄像机的俯仰角以及所述立体摄像机的倾斜角。

【技术特征摘要】
1.一种立体摄像机外部参数的确定方法，其特征在于，所述方法包括：获取立体摄像机所处位置的地表数据；根据所述地表数据中各像素点在所述立体摄像机对应的摄像机坐标系中对应的三维坐标，在所述摄像机坐标系中生成符合所述各像素点对应的三维坐标的第一平面方程；根据所述摄像机坐标系中的原点与所述地表之间的距离，确定所述立体摄像机的架设高度；根据所述第一平面方程，生成所述第一平面方程对应的平面法向量；根据所述平面法向量，确定所述立体摄像机的俯仰角以及所述立体摄像机的倾斜角。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：当所述地表数据不符合预设条件时，对所述地表数据进行滤波处理；其中，所述滤波处理包括时域中值滤波和空域中值滤波。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述地表数据中各像素点在所述立体摄像机对应的摄像机坐标系中对应的三维坐标，在所述摄像机坐标系中生成符合所述各像素点对应的三维坐标的第一平面方程的步骤，包括：从所述地表数据的像素点中选取至少三个像素点，将所述至少三个像素点在所述立体摄像机对应的摄像机坐标系中对应的三维坐标作为第一样本集合；根据所述第一样本集合，生成符合所述第一样本集合中各像素点在所述摄像机坐标系中对应的三维坐标的第二平面方程；根据所述第二平面方程，在所述地表数据中的像素点中确定所有符合所述第二平面方程的像素点，并将所述符合所述第二平面方程的像素点在所述摄像机坐标系中对应的三维坐标作为第二样本集合；根据所述第二样本集合，在所述摄像机坐标系中生成符合所述地表数据的像素点在所述摄像机坐标系中对应的三维坐标的第一平面方程。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述从所述地表数据的像素点中选取至少三个像素点的步骤，包括：使用随机一致性抽样RANSAC算法，从所述地表数据的像素点中选取至少三个像素点。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述从所述地表数据的像素点中选取至少三个像素点，将所述至少三个像素点在所述立体摄像机对应的摄像机坐标系中对应的三维坐标作为第一样本集合；根据所述第一样本集合，生成符合所述第一样本集合中各像素点对应的所述三维坐标的第二平面方程的步骤，包括：使用RANSAC算法，从所述地表数据的像素点中选取至少三个像素点，将所述至少三个像素点在所述立体摄像机对应的摄像机坐标系中对应的三维坐标作为第一样本集合；根据所述第一样本集合，生成符合所述第一样本集合中各像素点在所述摄像机坐标系中对应的三维坐标的当前平面方程；判断所述当前平面方程是否满足预设条件；当所述当前平面方程满足预设条件时，确定所述当前平面方程为第二平面方程；当所述当前平面方程不满足预设条件时，所述迭代次数加1，并返回执行所述从所述地表数据的像素点中选取至少三个像素点，将所述至少三个像素点在所述摄像机坐标系中对应的三维坐标作为第一样本集合的步骤；其中，所述迭代次数的初始值为0。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述预设条件，包括：所述地表数据的像素点中符合所述当前平面方程的像素点个数达到预设第一阈值，或者所述当前平面方程对应的迭代次数达到预设第二阈值。7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述第二样本集合，在所述摄像机坐标系中生成符合所述地表数据的像素点在所述摄像机坐标系中对应的三维坐标的第一平面方程的步骤，包括：使用最小二乘法对所述第二样本集合进行拟合处理，生成符合所述地表数据的像素点在所述摄像机坐标系中对应的三维坐标的第一平面方程。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述平面法向量，确定所述立体摄像机的俯仰角以及所述立体摄像机的倾斜角的步骤，包括：在所述摄像机坐标系中，确定在所述立体摄像机由标准姿态旋转到当前姿态时对应zc轴以顺时针方向绕x轴旋转的第一角度，并将所述第一角度作为所述立体摄像机的俯仰角；以及在所述摄像机坐标系中，确定在所述立体摄像机由所述标准姿态旋转到所述当前姿态时对应xc轴以顺时针方向绕z轴旋转的第二角度，并将所述第二角度作为所述立体摄像机的倾斜角；其中，由所述xc轴、所述zc轴和yc轴组成的三维坐标系为所述摄像机坐标系；由所述x轴、所述z轴和y轴组成的三维坐标系为世界坐标系；当所述xc轴和所述zc轴与所述x轴和所述z轴的方向一致，且所述yc轴与所述y轴的方向相反时，对应所述立体摄像机的姿态为所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张迪，龚晖，任烨，
申请(专利权)人：杭州海康威视数字技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33