一种基于视觉情报分析的数学建模方法技术

本发明专利技术属于机器视觉技术领域，具体涉及一种基于视觉情报分析的数学建模方法，包括如下步骤：步骤一：根据相机成像建立通用相机模型；步骤二：将世界坐标系的选取物坐标根据通用相机模型转化为相片坐标系的虚拟物坐标；步骤三：通过编程软件进行仿真运行，在世界坐标系中调整参数信息，使相片坐标系的虚拟物与世界坐标系的实物拟合，以得到相片中图像元素映射于世界坐标系的位置；步骤四：根据图像元素在相片坐标系的位置，测算出世界坐标系中实物的位置信息；利用几何原理对相机成像过程进行近似描述，将实物抽象化建立模型假设，实现相片坐标系与世界坐标系的转换，通过虚拟物与实物重合，确定实物的真实坐标信息。

【技术实现步骤摘要】
一种基于视觉情报分析的数学建模方法
本专利技术属于机器视觉
，具体涉及一种基于视觉情报分析的数学建模方法。
技术介绍
研究表明，一般人所获取的信息大约有80％来自视觉。视觉信息的主要载体是图像和视频，视觉情报指的是通过图像或者视频获取的情报。从图像或视频中提取物体的大小、距离、速度等信息是视觉情报分析工作的重要内容之一，如在新中国最著名的“照片泄密案”中，日本情报专家就是通过《中国画报》的一幅封面照片解开了大庆油田的秘密。在当前很热门的移动机器人、无人驾驶、计算机视觉、无人机侦察等领域，更是存在着大量的应用需求。尽管在对未来智能交通系统的设计等工作中，科研人员正在研究使用双目或多目视觉系统或者特殊配置的单目视觉系统获取相关信息，但在某些特定条件下，分析人员所能利用的，只能是普通的图像或视频，其中的信息需要综合考虑各种因素，通过合适的数学模型来提取。因此，有必要在现有技术基础之上进行改进。
技术实现思路
本专利技术的目的是结合视觉分析，解决目前机器视觉存在的技术问题，提供一种基于视觉情报分析的数学建模方法。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：包括如下步骤：步骤一：根据相机成像建立通用相机模型；步骤二：将世界坐标系的选取物坐标根据通用相机模型转化为相片坐标系的虚拟物坐标；步骤三：通过编程软件进行仿真运行，在世界坐标系中调整参数信息，使相片坐标系的虚拟物与世界坐标系的实物拟合，以得到相片中图像元素映射于世界坐标系的位置；步骤四：根据图像元素在相片坐标系的位置，测算出世界坐标系中实物位置信息。作为优选方案，所述步骤一的建立通用相机模型具体包括：以相机镜头为原点建立世界坐标系和镜头坐标系，以镜头坐标系为基准建立成像平面坐标系，旋转成像平面坐标系得到相片坐标系，以实现相片坐标系的虚拟物与世界坐标系的实物拟合。作为优选方案，所述世界坐标系旋转以得到镜头坐标系，镜头坐标系的X轴垂直于成像平面坐标系。作为优选方案，所述世界坐标系、镜头坐标系、成像平面坐标系以及相片坐标系之间通过线性变换实现。作为优选方案，所述步骤二中选取物包括车辆、道路标志、建筑物及路面障碍物。作为优选方案，将选取的图像元素转化为立方体，根据通用相机模型，建立立方体各顶点坐标的变换关系。作为优选方案，所述步骤三的参数信息包括镜头俯仰角、旋转角、以及虚拟物映射于世界坐标系的坐标，运用MATLAB编程软件模拟图像元素映射在世界坐标系的位置。作为优选方案，所述步骤四中通过交比定理测算图像元素映射在世界坐标系的位置信息。作为优选方案，所述位置信息包括多种距离长度。本专利技术与现有技术相比，有益效果是：一种基于视觉情报分析的数学建模方法，利用几何原理对相机成像过程进行近似描述，将实物抽象化建立模型假设，利用MATLAB不断拟合，实现相片坐标系与世界坐标系的转换，通过虚拟物与实物重合，确定实物的真实坐标信息，在相片中对实物进行空间定位，对相片解析力的要求较低，不存在场景限制，多场景广泛使用，可以通过优化参数的方式以提升性能。附图说明图1是本专利技术实施例1的基于视觉情报分析的数学建模方法的镜头成像多坐标示意图；图2是本专利技术实施例1的基于视觉情报分析的数学建模方法的任务图；图3是图2中两个影灭点在图片中的示意图；图4是本专利技术实施例1的基于视觉情报分析的数学建模方法的汽车A的拟合图像；图5是本专利技术实施例1的基于视觉情报分析的数学建模方法的汽车A在世界坐标系中的位置；图6是本专利技术实施例1的基于视觉情报分析的数学建模方法的汽车B的拟合图像；图7是本专利技术实施例1的基于视觉情报分析的数学建模方法的汽车B在世界坐标系中的位置；图8是本专利技术实施例1的基于视觉情报分析的数学建模方法的交比定理示意图；图中：1世界坐标系、2镜头坐标系、3成像平面坐标系、4相片坐标系。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术的技术方案作进一步描述说明。实施例1：本实施例提供一种基于视觉情报分析的数学建模方法，包括如下步骤：步骤一：根据相机成像建立通用相机模型；步骤二：将世界坐标系的选取物坐标根据通用相机模型转化为相片坐标系的虚拟物坐标；步骤三：通过编程软件进行仿真运行，在世界坐标系中调整参数信息，使相片坐标系的虚拟物与世界坐标系的实物拟合，以得到相片中图像元素映射于世界坐标系的位置；步骤四：根据图像元素在相片坐标系的位置，测算出世界坐标系中实物的位置信息。步骤一的建立通用相机模型具体包括：以相机镜头为原点建立世界坐标系和镜头坐标系，以镜头坐标系为基准建立成像平面坐标系，旋转成像平面坐标系得到相片坐标系，以实现相片坐标系的虚拟物与世界坐标系的实物拟合。世界坐标系旋转以得到镜头坐标系，镜头坐标系的X轴垂直于成像平面坐标系。世界坐标系、镜头坐标系、成像平面坐标系以及相片坐标系之间通过线性变换实现。步骤二中选取物包括车辆、道路标志、建筑物及路面障碍物。将选取的图像元素转化为立方体，根据通用相机模型，建立立方体各顶点坐标的变换关系。步骤三的参数信息包括镜头俯仰角、旋转角、以及虚拟物映射于世界坐标系的坐标，运用MATLAB编程软件模拟图像元素映射在世界坐标系的位置。步骤四中通过交比定理测算图像元素映射在世界坐标系的位置信息，位置信息包括多种距离长度。如图1所示，在世界坐标系中选取点p，通过世界坐标系转变到镜头坐标系，镜头坐标系投影至平面坐标系，最终在相片坐标系中形成图像对应的映射关系。其中，镜头坐标系的x轴垂直于成像平面。点p在世界坐标系的坐标为(x,y,z)，点p从世界坐标系转换到镜头坐标系存在唯一一个对应的转换矩阵cRw，假设按x,y,z轴旋转角度分别是α,β,γ，则绕x轴旋转变换的矩阵为公式(1)：绕y轴旋转变换的矩阵为公式(2)：绕z轴旋转变换的矩阵为公式(3)：通过坐标轴三个方向的旋转可以得到镜头坐标系相对于世界坐标系的旋转变换矩为面公式(4)：cRw＝Rx·Ry·Rz(4)cTw为世界坐标系w和镜头坐标系c之间的平移量，假设p在镜头坐标系{c}和世界坐标系{w}下坐标为(cxp,cyp,czp,1)，(wxp,wyp,wzp,1)，则其中0T＝(000)T，在镜头坐标系下P点坐标与原点P相连与成像平面得到的交点Q的坐标，点Q在镜头坐标系下的z轴坐标就是成像平面的y轴坐标，点Q在镜头坐标系下的y轴坐标就是成像平面的x轴坐标。如图3所示，通过描绘给出图2的两个影灭点。假设针对于图2的相机镜头光轴平行于地面，即平行于世界坐标系的XOY平面。如图2所示，以镜头位置为原点，以地砖两条边分别为X,Y轴，以灯柱为Z轴建立世界坐标系；以镜头位置为原点，以镜头光轴方向为X轴，以灯柱方向为Z轴，以右手法则确定最后的Y轴，建立镜头本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于视觉情报分析的数学建模方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤一：根据相机成像建立通用相机模型；/n步骤二：将世界坐标系的选取物坐标根据通用相机模型转化为相片坐标系的虚拟物坐标；/n步骤三：通过编程软件进行仿真运行，在世界坐标系中调整参数信息，使相片坐标系的虚拟物与世界坐标系的实物拟合，以得到相片中图像元素映射于世界坐标系的位置；/n步骤四：根据图像元素在相片坐标系的位置，测算出世界坐标系中实物的位置信息。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于视觉情报分析的数学建模方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：根据相机成像建立通用相机模型；
步骤二：将世界坐标系的选取物坐标根据通用相机模型转化为相片坐标系的虚拟物坐标；
步骤三：通过编程软件进行仿真运行，在世界坐标系中调整参数信息，使相片坐标系的虚拟物与世界坐标系的实物拟合，以得到相片中图像元素映射于世界坐标系的位置；
步骤四：根据图像元素在相片坐标系的位置，测算出世界坐标系中实物的位置信息。


2.根据权利要求1所述的一种基于视觉情报分析的数学建模方法，其特征在于，所述步骤一的建立通用相机模型具体包括：以相机镜头为原点建立世界坐标系和镜头坐标系，以镜头坐标系为基准建立成像平面坐标系，旋转成像平面坐标系得到相片坐标系，以实现相片坐标系虚拟物与世界坐标系的实物拟合。


3.根据权利要求2所述的一种基于视觉情报分析的数学建模方法，其特征在于，所述世界坐标系旋转以得到镜头坐标系，镜头坐标系的X轴垂直于成像平面坐标系。


4.根据权利要求2所述的一种基于视觉情报分析的数学建模...

【专利技术属性】
技术研发人员：史廷春，邵吟秋，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33