一种基于灭点和单目相机成像原理的在线标定方法技术

本发明专利技术提供了一种基于灭点和单目相机成像原理在线标定方法，利用了灭点的性质、以及摄像机透视原理，此标定方法既不需要控制场而同时精度在可接受范围内的标定方法，这种标定算法操作简易灵活，在某些条件下还可以测量三维立体距离。这种标定算法最重要的优势和特性还在于可进行在线标定，不需要派遣人员到现场进行标定。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及图像测量领域。特别涉及一种基于消失点和单目相机成像原理的在线标定方法。
技术介绍
当前计算机视觉研究的内容有两个方面:一是由图像数据自动构成场景描述的图像理解的研究；二是理解人类视觉机理，让机器代替人类做事。计算机视觉研究的主要目的是使计算机具有类似人类视觉能力，而获取三维场景的几何信息是其中最基础的内容。在线标定技术最早应用于摄影测量，在智能交通领域，在线标定也有普遍的应用，包括车速检测、排队长度测量、物与道路边线的测距等。 摄影测量技术自20世纪60年代就开始出现了。发展至今，国内外的摄影测量及计算机视觉专家提出多种多样的标定方法。在这些标定方法中，从几何维数来看，标定物可以有三维立体的，比如控制场、立方体标志块；有二维平面的，比如平面格网，甚至有一维的，比如某特殊孤立点；从几何形状来看，标定物有点、直线、正方形、圆形、棱形、五角星、六边形等等；甚至有的标定物没有形状，直接设置灭点。在目前众多的标定方法中，还没有一种方法可以适用于任何应用。在不同的用途、不同的环境就要采用不同的标定方法。现有技术中，如果精度要求高的应用，可以采用控制场的标定方法；如果精度要求不高，则可以采用灭点标定法或自标定法。通常情况下，控制场的标定算法虽然精度高，但在实际中很多场景并没有控制信息可以利用，因此这种标定算法的应用受到很大的限制。因此，针对相关技术中所存在的上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。 而本专利技术提出了，利用的灭点的性质、以及摄像机透视原理，提出了一种既不需要控制场而同时精度在可接受范围内的标定方法，这种标定算法操作简易灵活，在某些条件下还可以测量三维立体距离。这种标定算法最重要的优势和特性还在于可进行在线标定，不需要派遣人员到现场进行标定。
技术实现思路
为解决上述现有技术所存在的问题，本专利技术提出了。 本专利技术采用如下技术方案:一种基于灭点和单目相机成像原理在线标定方法，其特征在于包括以下步骤: 步骤101，构建世界坐标系与图像坐标系，明确上述坐标系的坐标原点、坐标轴和度量关系； 步骤102，利用单目相机透视原理及灭点原理推导出世界坐标系与图像坐标系的相互关系，并推导出需要输入的标定参数； 步骤103，在输入图像中，选择三对用于标定的线； 步骤104，根据世界坐标系与图像坐标系的相互关系计算相机内部参数； 步骤105，计算两点的实际距离，完成标定。 优选地，所述步骤101进一步包括: 所构建的世界坐标系以相机投影中心为原点，相机到路面的垂线为z轴，其正方向指向路面以下；Z轴与相机光轴构成一个平面，垂直于该平面并交于原点的直线为X轴，其正方向与成像平面的横轴正方向一致(仅考虑光轴与成像平面垂直的情况)；Z轴与X轴构成一个平面，垂直于该平面并交于原点的直线为y轴，其正方向指向相机拍摄前方无穷远处，其度量是按照实际米尺测量作为标准； 所构建的图像坐标系与实际的成像平面平行，其中的坐标轴方向一致，将成像平面放大并沿着光轴离投影点更远，将平面放大至刚好使其度量与世界坐标系的度量一致。 优选地，所述步骤101中，世界坐标系与图像坐标系的对应关系如下，已知图像坐标系中的坐标值(U，V)，那么成像平面点在世界坐标系中表示为: X= (u-w/2) *cosb_ (v-h/2) *sinb y = ((w/2_u)*sinb_(h/2_v)*cosb)*cosa+yp z= ((u-w/2)*sinb+(v-h/2)*cosb)*sina+zp 其中:(x，y，z)为(u，v)成像平面点在世界坐标系中的值，w为图像宽，h为图像高，cosb、sinb为地平线与图像横边线夹角的三角函数值，sina、cosa为俯角的三角函数值。 优选地，所述步骤102进一步包括:用这些输入标定的参数，逐个推导出相机内外参数，包括:图像尺寸、水平旋转角度b、俯角a、主点坐标、相机高度，并按照此顺序按照这个顺序进行分别计算。 优选地，所述步骤105进一步包括要在以下情况下计算图像两点的实际距离值:从世界坐标系的角度，来明确图像两点所在的平面，然后直接计算距离值。 相比于现有技术，本专利技术的技术方案的具有以下优点:场景适应性广，尤其适用于交通领域，对于有明显平行线的室内场景或者室外场景都可以使用；操作方便，仅需要实时流上画上相应的线条，或仅需在离线视频上画上相应线条，即可完成在线标定的初始化，不需要派人到现场进行标定操作；本专利技术仅需在出现有场景的图片中操作，即可完成标定的初始化，不需要连续帧等关联性操作；本专利技术按特定顺序求解相机参数，从而避免了参数出现不可控的奇异值。 【附图说明】 图1是根据本专利技术实施例的流程示意图。 【具体实施方式】 为使本专利技术的上述目的、特征和优点更加明显易懂，下面结合附图和【具体实施方式】对本专利技术作进一步详细的说明: 下文与图示本专利技术原理的附图一起提供对本专利技术一个或者多个实施例的详细描述。结合这样的实施例描述本专利技术，但是本专利技术不限于任何实施例。本专利技术的范围仅由权利要求书限定，并且本专利技术涵盖诸多替代、修改和等同物。在下文描述中阐述诸多具体细节以便提供对本专利技术的透彻理解。出于示例的目的而提供这些细节，并且无这些具体细节中的一些或者所有细节也可以根据权利要求书实现本专利技术。 本专利技术的目的在于利用基于灭点和单目相机成像原理，利用世界坐标和图像坐标，提出一套完整在线标定的方法，克服现有技术中存在的问题。 本专利技术适应的场景广泛，特别适用于交通领域，并且操作方便，克服了现有技术中要达到高精度就必须使用控制场的标定算法的缺陷。 具体地，本专利技术的在线标定方法，包括以下步骤: 步骤101，构建世界坐标系与图像坐标系的转换关系，明确这些坐标系的坐标原点、坐标轴、度量关系； 步骤102，利用单目相机透视原理及灭点原理推导出世界坐标系与图像坐标系的相互关系，并推导出需要输入的标定参数； 步骤103，在输入图像中，选择道路边线，电线杆等三对用于标定的线； 步骤104，根据世界坐标系与图像坐标系的相互关系计算相机内部参数； 步骤105，计算两点的实际距离。 进一步，该方法应用于路面测量时，其中步骤101包括: 所构建的世界坐标系以相机投影中心为原点，相机到路面的垂线为z轴，其正方向指向路面以下轴与相机光轴构成一个平面，垂直于该平面并交于原点的直线为X轴，其正方向与成像平面的横轴正方向一致(仅考虑光轴与成像平面垂直的情况)；Z轴与X轴构成一个平面，垂直于该平面并交于原点的直线为y轴，其正方向指向相机拍摄前方无穷远处。其度量按照实际米尺测量作为标准。 图像坐标系与实际的成像平面平行，其中的坐标轴方向一致，利用三角几何原理将成像平面放大并沿着光轴离投影点更远，例如将平面放大至刚好使其度量与世界坐标系的度量一致。 该三角几何原理如下:参数具有投影点和有估测距离的线段，其中线段与投影点构成一个三角形，由于同样的度量值和同样的估测距离，在投影点形成的夹角会因线段远近而误差不一致，当线段距离投影点较近处时，每有一个单位距离的误差所导致的夹角误差，都将会使得比离投影点远导致的误差大。 设定世界坐标系与图像坐标系的转换公式，如下式1-1所示，已知图像本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于灭点和单目相机成像原理在线标定方法，其特征在于包括以下步骤：步骤101，构建世界坐标系与图像坐标系，明确上述坐标系的坐标原点、坐标轴和度量关系；步骤102，利用单目相机透视原理及灭点原理推导出世界坐标系与图像坐标系的相互关系，并推导出需要输入的标定参数；步骤103，在输入图像中，选择三对用于标定的线；步骤104，根据世界坐标系与图像坐标系的相互关系计算相机内部参数；步骤105，计算两点的实际距离，完成标定。

【技术特征摘要】
1.一种基于灭点和单目相机成像原理在线标定方法，其特征在于包括以下步骤: 步骤101，构建世界坐标系与图像坐标系，明确上述坐标系的坐标原点、坐标轴和度量关系; 步骤102，利用单目相机透视原理及灭点原理推导出世界坐标系与图像坐标系的相互关系，并推导出需要输入的标定参数； 步骤103，在输入图像中，选择三对用于标定的线； 步骤104，根据世界坐标系与图像坐标系的相互关系计算相机内部参数； 步骤105，计算两点的实际距离，完成标定。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于: 步骤101进一步包括: 所构建的世界坐标系以相机投影中心为原点，相机到路面的垂线为Z轴，其正方向指向路面以下；z轴与相机光轴构成一个平面，垂直于该平面并交于原点的直线为X轴，其正方向与成像平面的横轴正方向一致(仅考虑光轴与成像平面垂直的情况)轴与X轴构成一个平面，垂直于该平面并交于原点的直线为y轴，其正方向指向相机拍摄前方无穷远处，其度量是按照实际米尺测量作为标准； 所构建的图像坐标系与 实际的成像平面平行，其中的坐标轴方向一致，将成像平面放大并沿着光轴离投影点更远，将平面放大至...

【专利技术属性】
技术研发人员：游亚平，王巍，
申请(专利权)人：北京博思廷科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11