一种三点定标测量方法技术

一种三点定标测量方法，所述测量方法包括以车体为中心建立坐标系，以摄像机为中心建立坐标系，车体正面朝向为Ｙ轴垂直地面方向为Ｚ轴垂直车体侧面的方向为Ｘ轴，在路面上画两条直线，其中一条直线与车体坐标系横轴平行，另一条直线与车体坐标轴纵轴平行，取所述直线的交点作为三点定标中的第一特定景物点，分别在所述两条直线的其他位置各选择一点作为三点定标中的第二特定景物点与第三特定景物点，根据三个特定景物点以及对应的在摄像镜头上投影的三个像素之间的坐标关系以及消失点的坐标计算与像素相对应的景物点的世界坐标和车体坐标系参考坐标。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光学成像测量定位领域，具体说是一种智能汽车的视觉导航以及军用无人平台的环境感知等方法。
技术介绍
在所有的视觉导航系统和基于视觉的环境感知系统中，摄像机标定和视觉测量都是最基本的，也是最为关键的技术之一。摄像机标定指的是通过一些技术手段获取摄像机的内外参数或者是这些参数的某些组合，并建立摄像机逆投影模型。视觉测量则指的是根据摄像机摄取的图像中的像素坐标，计算与像素相对应景物点的世界坐标或者车体坐标系参考坐标。目前常用的摄像机标定方法首先要在路面与计算机屏幕图像中选取大量的“景物点——象素”二元组，然后代入摄像机模型，最后用最小二乘法求解，推导摄像机逆投影公式，而目前常用的视觉测量方法则是在智能汽车或军用无人平台执行任务的过程中，计算机实时地在屏幕图像中识别路面上的特征(例如车道线、障碍物、沟坑、水迹、石头、建筑物阴影等)，然后将这些特征上象素的计算机屏幕图像坐标代入摄像机逆投影公式，计算与特征象素对应的路面景物点的车体坐标系坐标，从而得出这些特征与车体之间的横向与纵向距离。目前常用的摄像机标定方法不易于摄像机内外参数的维护。首先要选取大量的路面景物点及其对应象素，提高了标定计算量，其次最小二乘法计算复杂度也很大，这些都不利于摄像机的实时标定。而目前常用的视觉测量方法则应用了摄像机标定中求解出的摄像机内外参数建立的摄像机逆投影公式，这些公式的一般形式如下xv=H×c×dcr×dr×cosα+fsinαyv=H(fcosα-r×dr×sinα)r×dr×cosα+fsinα---(1)]]>公式1中，包含了大量的三角函数运算，而在计算机的内部计算中，三角函数是最为复杂的计算形式，每一个三角函数的求解都必须经过数十步甚至上百步计算机内部的加法运算来实现。因此，如果在嵌入式计算机中运用目前常用基于大量路面景物点的方法来实时实现摄像机标定于视觉测量，就必须要求较大的计算机内存储器容量和较高的CPU计算速度，从而提高了智能汽车视觉导航系统和军用无人平台环境感知系统的成本。
技术实现思路
本专利技术通过在路面上选择三个特定的景物点以及对应的三个像素，根据其之间的坐标关系推导像素到景物点之间的逆投影公式，实现摄象机标定与视觉测量计算。本专利技术的一种优选技术方案为，所述测量方法包括以车体为中心建立车体坐标系，以摄像机为中心建立摄像机坐标系，车体正面朝向为Y轴垂直地面方向为Z轴垂直车体侧面的方向为X轴，在路面上画两条直线，其中一条直线与车体坐标系横轴平行，另一条直线与车体坐标轴纵轴平行，取所述直线的交点作为三点定标中的第一特定景物点，分别在所述两条直线的其他位置各选择一点作为三点定标中的第二特定景物点与第三特定景物点，根据三个特定景物点以及对应的在摄像镜头上投影的三个像素之间的坐标关系以及消失点的坐标计算与像素相对应的景物点的世界坐标和车体坐标系参考坐标。本专利技术的更进一步的一种优选技术方案为摄相机坐标系与车体坐标系的关系为Xv，Yv，Zv，摄像机坐标系Xc，Yc，Zc，所述车体坐标系与摄像机坐标系关系为xc＝xvyc＝yvcosα+Hsinα，消失点的横坐标决定于平行线的斜率zc＝-Hcosα+yvsinαxi=(Bv1cosαH-Kvsinα)yi+Bv1fsinαH+Kvfcosα]]>xi=(Bv2cosαH-Kvsinα)yi+Bv2fsinαH+Kvfcosα]]>并记录消失点的坐标，将消失点的坐标代入 y=(r0-r)(r-VPr)(r0-r1)(r1-VPr)×dy+y0.]]>x=r-VPrr0-VPr×c×dx(r0).]]>四、专利技术目的本专利技术的目的是为了解决目前方法的高成本问题，力求在路面上选取尽可能少的景物点来实现摄像机标定，而且力求最终推导出的摄像机逆投影公式中只包含加、减、乘、除四则运算，从而降低对计算机内存储器容量和CPU计算速度的要求，降低智能汽车视觉导航系统和军用无人平台环境感知系统的成本。五、附附图说明图1、图1为前投影小孔成像摄像机模型；2、图2为摄像机坐标系与车体坐标系；3、图3为纵向距离测量示意图；4、图4为横向距离计算示意图；5、图5为基于三点定标的摄像机标定与视觉测量示意图；6、图6为摄像机标定程序流程图；7、图7为视觉测量流程图。六、实施例配套设施应用本专利技术的配套设施包括，普通摄像机，用于摄取道路图像，摄像机摄取的道路图像输入到图像采集卡，图像采集卡安装在计算机中，是计算机硬件系统的一部分，用于采集摄像机摄取的路面图像，计算机及其视觉处理软件系统，用于处理图像采集卡采集的道路图像，根据本专利技术编制的摄像机标定软件模块和视觉测量计算软件模块，包含于计算机视觉处理软件系统中。软件系统包括摄像机标定和视觉测量两个独立的软件模块，这两个模块嵌入到视觉处理计算机软件系统中。当进行摄像机标定时，按照摄像机标定处理流程图，计算机软件系统应用摄像机标定软件模块进行处理。一旦摄像机标定完毕，即可按照视觉测量计算流程，计算机软件系统应用视觉测量计算模块进行视觉测量计算处理。软件系统的核心是本专利技术中的两个计算公式y=(r0-r)(r-VPr)(r0-r1)(r1-VPr)×dy+y0]]>x=r-VPrr0-VPr×c×dx(r0)]]>本专利技术采用常见的前投影小孔成像摄像机模型，如图1所示，其中像素平面表示计算机屏幕图像，像素平面坐标原点位于计算机屏幕图像中心。坐标系C表示摄像机坐标系。在3-D空间中取景物点P，其坐标为(xc，yc，zc)，与其对应的像素为P′，坐标为(c，r)，则根据空间几何，(xc，yc，zc)与(c，r)之间的关系可由公式2表示。c×dcf=xcycr×drf=-zcyc---(2)]]>其中，dc表示每一像素对应的图像平面中的宽度，dr表示每一像素对应图像平面中的高度。令xi＝c×dc和yi＝r×dr，并代入公式2，得图像平面中像xif=xcycyif=-zcyc---(3)]]>素点(xi，yi)和(xc，yc，zc)之间的对应关系摄像机安装于车体顶部中心线上，与地面之间的距离为H，摄像机坐标系如图1所示，摄像机光轴与地面之间的夹角为α，摄像机光轴在地面的投影与车体的中轴线平行。车体坐标系的原点设于摄像机坐标系原点在地面上的投影，车体坐标系Y轴与摄像机光轴在地面的投影重合。摄像机坐标系与车体坐标系之间的关系如图2所示。在路面上取一点P，P在摄像机坐标系中的坐标为(xv，yv，0)，在摄像机坐标系中的坐标为(xc，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三点定标测量方法，所述测量方法包括以车体为中心建立坐标系，以摄像机为中心建立坐标系，车体正面朝向为Ｙ轴垂直地面方向为Ｚ轴垂直车体侧面的方向为Ｘ轴，其特征在于：在路面上画两条直线，其中一条直线与车体坐标系横轴平行，另一条直线与车体坐标轴纵轴平行，取所述直线的交点作为三点定标中的第一特定景物点，分别在所述两条直线的其他位置各选择一点作为三点定标中的第二特定景物点与第三特定景物点，根据三个特定景物点以及对应的在摄像镜头上投影的三个像素之间的坐标关系以及消失点的坐标计算与像素相对应的景物点的世界坐标和车体坐标系参考坐标。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张朋飞，
申请(专利权)人：中国北方车辆研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]