一种面向球型摄像机单目测距的俯仰角校正方法及系统技术方案

本说明书实施例公开了一种面向球型摄像机单目测距的俯仰角校正方法及系统。方案包括：基于单目测距原理求解出目标对象的测量距离与球型摄像机俯仰角的关系式；设置球型摄像机的第一变焦倍数，对球型摄像机进行相机参数标定，获取摄像机的参数；拍摄照片，选取参考点并测量出参考点与球型摄像机的距离以及参考点在照片中的像素坐标；基于所述关系式、所述参考点与球型摄像机的距离以及所述参考点在照片中的像素坐标求解参考点相对于所述第一变焦倍数的俯仰角。该发明专利技术能够有效校正球型摄像机安装所造成的俯仰角度偏差，避免由此引发的单目测距的误差，确保球型摄像机测量的精度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
一种面向球型摄像机单目测距的俯仰角校正方法及系统


[0001]本申请涉及计算机视觉测距
，尤其涉及一种面向球型摄像机单目测距的俯仰角校正方法及系统。

技术介绍

[0002]单目视觉具有价格低廉，模型结构简单，无需进行数据融合，能够达到实时性等特点，被广泛的应用各个领域。
[0003]传统单目测距算法大致分为：基于成像模型的方法、基于数学回归建模的方法和基于几何关系推导的方法。其中，基于成像模型的方法需要已知目标的实际高度和宽度，并不适合实际运用；基于数学回归建模的方法需要大量的前期数据采集、分析和数学建模等工作，当更换数据集时，其泛化能力差；基于几何关系推导的方法需要已知精确的摄像机内外参数。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本申请实施例提供了一种面向球型摄像机单目测距的俯仰角校正方法及系统。
[0005]为解决上述技术问题，本说明书实施例是这样实现的：
[0006]本说明书实施例提供的一种面向球型摄像机单目测距的俯仰角校正方法，其特征在于，包括：
[0007]基于单目测距原理求解出目标对象的测量距离与球型摄像机俯仰角的关系式；
[0008]设置球型摄像机的第一变焦倍数，对球型摄像机进行相机参数标定，获取摄像机的参数；
[0009]拍摄照片，选取参考点并测量出参考点与球型摄像机的距离以及参考点在照片中的像素坐标；
[0010]基于所述关系式、所述参考点与球型摄像机的距离以及所述参考点在照片中的像素坐标求解参考点相对于所述第一变焦倍数的俯仰角。
[0011]可选的，所述基于单目测距原理求解出目标对象的测量距离与球型摄像机俯仰角的关系式，具体包括：
[0012]通过梯度下降法构建图像中参考点的真实值与计算值的关系，求解出球型摄像机与水平面真实的俯仰角；
[0013]基于单目测距的小孔成像模型化简图像中目标对象的测量距离与球型摄像机俯仰角的关系式。
[0014]可选的，采用张正友相机标定法对球型摄像机进行相机参数标定。
[0015]可选的，所述基于所述关系式、所述参考点与球型摄像机的距离以及所述参考点在照片中的像素坐标求解参考点相对于所述第一变焦倍数的俯仰角，具体包括：
[0016]基于所述关系式、所述参考点与球型摄像机的距离以及所述参考点在照片中的像
素坐标采用梯度下降法构建目标函数，进行求导，导数为0点所对应的角度值为所述第一变焦倍率下的俯仰角。
[0017]可选的，当所述参考点为多个时，可以求解出多个俯仰角，选择最优的值作为所述第一变焦倍率下球型摄像机的俯仰角。
[0018]可选的，所述选择最优的值作为所述第一变焦倍率下球型摄像机的俯仰角，具体包括：
[0019]计算每个参考点与球型摄像机的距离与真实值的平均误差；
[0020]选择平均误差最小，且误差值小于5％的参考点对应俯仰角作为所述第一变焦倍率下球型摄像机的俯仰角。
[0021]可选的，目标对象的测量距离与球型摄像机俯仰角的关系式的公式如下：
[0022][0023]其中，h为相机高度，α为相机俯仰角，(x0，y0)为光轴与像平面的焦点， HF为目标对象的测量距离，f为相机的有效焦距，(x，y)为像平面坐标系下目标对象的坐标。
[0024]可选的，所述目标函数为：
[0025][0026]其中，h为相机高度，f
x
表示像素坐标系u轴上的归一化焦距，f
y
表示像素坐标系v轴上的归一化焦距，Δs
i
是单目视觉的测距误差值，
∝
是俯仰角，(u
i
,v
i
) 为参考点i的像素坐标，(u0,v0)为图像中心点的像素坐标，S
i
为图像上参考点i 到摄像机的实际距离。
[0027]可选的，以照片中心点为基点，绘制平面直接坐标将照片划分为4个象限，在每个象限中至少选取三个参考点。
[0028]本说明书实施例提供的一种面向球型摄像机单目测距的俯仰角校正系统，包括：
[0029]关系式确定模块，用于基于单目测距原理求解出目标对象的测量距离与球型摄像机俯仰角的关系式；
[0030]变焦倍数设置模块，用于设置球型摄像机的第一变焦倍数，对球型摄像机进行相机参数标定，获取摄像机的参数；
[0031]参考点选取和距离测量模块，用于拍摄照片，选取参考点并测量出参考点与球型摄像机的距离以及参考点在照片中的像素坐标；
[0032]俯仰角求解模块，用于基于所述关系式、所述参考点与球型摄像机的距离以及所述参考点在照片中的像素坐标求解参考点相对于所述第一变焦倍数的俯仰角。
[0033]本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
[0034]本说明书实施例能够有效校正球型摄像机安装所造成的俯仰角度偏差，避免由此引发的单目测距的误差，确保球型摄像机测量的精度。
附图说明
[0035]此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0036]图1为本说明书实施例提供的一种面向球型摄像机单目测距的俯仰角校正方法的流程示意图；
[0037]图2为本说明书实施例提供的单目测距模型；
[0038]图3为本说明书实施例提供的求解α值示意图；
[0039]图4为本说明书实施例提供的对应于图1的一种面向球型摄像机单目测距的俯仰角校正装置的结构示意图。
具体实施方式
[0040]为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0041]在单目测距方法中，几何关系推导算法具有更强的实用性和可移植性。当前已有很多解决方案，如相似三角形测距算法的基础模型讨论了像素误差对测距精度的影响，但是并未考虑摄像机姿态角对距离测量的影响；含俯仰角的相似三角形测距算法，该方法推导简单，但是误差较大。
[0042]这些方法一般都是从单目测距模型或摄像机参数的角度来考虑测量误差，而往往忽略了由于设备安装所带来的参数偏差，如安装摄像机的杆子与水平面不垂直，从而造成高度、摄像机俯仰角度的偏差，从而影像了测量的精度。因此，针对这一问题，本专利技术提出一种面向球型摄像机单目测距的俯仰角校正方法，获取到摄像机监测时与水平面真实的俯仰角，从而减少由于安装等外界因素对测距精度造成的影响。
[0043]以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。
[0044]图1为本说明书实施例提供的一种面向球型摄像机单目测距的俯仰角校正方法的流程示意图。从程本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向球型摄像机单目测距的俯仰角校正方法，其特征在于，包括：基于单目测距原理求解出目标对象的测量距离与球型摄像机俯仰角的关系式；设置球型摄像机的第一变焦倍数，对球型摄像机进行相机参数标定，获取摄像机的参数；拍摄照片，选取参考点并测量出参考点与球型摄像机的距离以及参考点在照片中的像素坐标；基于所述关系式、所述参考点与球型摄像机的距离以及所述参考点在照片中的像素坐标求解参考点相对于所述第一变焦倍数的俯仰角。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于单目测距原理求解出目标对象的测量距离与球型摄像机俯仰角的关系式，具体包括：通过梯度下降法构建图像中参考点的真实值与计算值的关系，求解出球型摄像机与水平面真实的俯仰角；基于单目测距的小孔成像模型化简图像中目标对象的测量距离与球型摄像机俯仰角的关系式。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用张正友相机标定法对球型摄像机进行相机参数标定。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述关系式、所述参考点与球型摄像机的距离以及所述参考点在照片中的像素坐标求解参考点相对于所述第一变焦倍数的俯仰角，具体包括：基于所述关系式、所述参考点与球型摄像机的距离以及所述参考点在照片中的像素坐标采用梯度下降法构建目标函数，进行求导，导数为0点所对应的角度值为所述第一变焦倍率下的俯仰角。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述参考点为多个时，可以求解出多个俯仰角，选择最优的值作为所述第一变焦倍率下球型摄像机的俯仰角。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述选择最优的值作为所述第一变焦倍率下球型摄像机的俯仰角，具体包括：计算每个参考点与球型摄像机的距离与真实值的平均误差；选择平均误差最小，且误差值小于5％的参考...

【专利技术属性】
技术研发人员：王腾，徐秋婷，林康恩，江夏，陈浩，张月梅，何少青，张晶，常圆，陈伟斌，林佳琪，江淑茜，李蕾，林秀芳，
申请(专利权)人：广东省国土资源测绘院，
类型：发明
国别省市：