一种基于双目视觉的建筑物测高方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于双目视觉的建筑物测高方法及系统，所述方法包括如下步骤：双目相机标定步骤，包括计算相机基本矩阵F，本质矩阵E以及相机的畸变参数D，对双目相机进行极线校正；双目相机现场搭建步骤；计算视差图步骤，包括基于SGM算法计算视差图；根据所述视差图计算v

【技术实现步骤摘要】
一种基于双目视觉的建筑物测高方法及系统


[0001]本专利技术涉及一种基于双目视觉的建筑物测高方法及系统，属于建筑物测高


技术介绍

[0002]近年来，城市化发展非常迅速，高楼大厦拔地而起，测量楼层的高度和施工情况，对于监督施工进度，预防工程隐患起到很重要的作用。目前常见的建筑物测高技术为三角高程测量。三角高程测量是指通过观测两个控制点的水平距离和天顶距(或高度角)求定两点间高差的方法。这种观测方法简单，受地形条件限制小，是测定大地控制点高程的基本方法。但是观测边长、垂直角、仪器高和觇标高口的测量误差及大气垂直折光系数K的测定误差均会给三角高程测量成果带来误差。而且，这种测量方法没法达到实时监测的效果，需要很强的专业知识和专业人员来测算。这种费时且需要专业知识的工作完全可以被计算机和摄像头所取代。
[0003]通过使用双目立体视觉(Binocular Stereo Vision)技术，楼层的高度和施工情况可以被准确而且实时的计算出来。双目立体视觉是机器视觉的一种重要形式，它是基于视差原理并利用成像设备从不同的位置获取被测物体的两幅图像，通过计算图像对应点间的位置偏差，来获取物体三维几何信息的方法。双目视觉能够通过立体匹配算法获取待检测目标的几何信息，再通过一些简单的标定数据，就可以推测出目标的位置以及大小。立体视觉匹配算法最常见是特征点的匹配，通过计算和匹配左右两张图像的特征点，从而获取目标物体在三维世界中的物理信息。
[0004]专利1公开基于单张数码相片的建筑物高度测量方法，申请号为CN200910028010.5，具体公开：基于单张数码相片，在直接线性变化公式的基础上，采用逆向直接线性变换计算方法实现建筑物高度的测量。
[0005]专利2公开基于双目视觉技术的人体身高测量方法及其装置，公开号为CN 104173054 A，公开通过获取双目相机拍摄场景图像中人体目标的人头尖点的图像坐标和与之对应的深度信息,计算人头尖点在摄像机坐标系下的世界坐标,进而测量人体目标的身高。要求被测人员配合度低,只需站到相机拍摄的可测量范围内便可完成身高测量,可以同时测量场景中多个人体目标的身高,且测量精度较高。
[0006]专利3公开基于双目视觉的车用公路限高架高度测量方法及装置，公开号为CN 110207650 A，提供一种基于双目视觉的车用公路限高架高度测量方法及测量装置,以两台广角摄像机,采用双目视觉系统对限高横梁目标进行实时摄像、跟踪和定位,在车辆行驶过程中采用双目视觉系统对限高架的离车距离和相对车顶高度进行实时测量,为驾驶员提供预警信息。
[0007]论文1，作者为赵宏,张志华,胡新宇,等.涉及《北京一号卫星影像的建筑阴影测量建筑高度的应用研究》[J].北京测绘,2010,000(002):38
‑
40.通过卫星照片，通过建筑物阴影、太阳高度角等信息计算建筑高度。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于，克服现有技术存在的技术缺陷，解决上述技术问题，提出一种基于双目视觉的建筑物测高方法及系统。
[0009]本专利技术具体采用如下技术方案：一种基于双目视觉的建筑物测高方法，包括如下步骤：
[0010]步骤SS1：双目相机标定步骤，包括：Matlab Toolbox自带的StereoCalibration工具通过不同角度观测同一个已知大小的国际象棋棋盘格来计算出相机基本矩阵F，本质矩阵E以及相机的畸变参数D，对双目相机进行极线校正；
[0011]步骤SS2：执行双目相机现场搭建；
[0012]步骤SS3：计算视差图步骤，包括基于SGM算法计算的视差图；
[0013]步骤SS4：根据所述视差图计算v
‑
视差图计算楼层高度，包括：通过在v
‑
视差图上找几何对应关系，定位出大楼在图像中的位置，并且算出大楼的垂直高度。
[0014]作为一种较佳的实施例，所述步骤SS1中的极线校正具体包括：采用Bouguet极线校正方法，将双目相机的成像平面各旋转一半，使得左右图像重投影造成的误差最小，左右视图的共同面积最大。
[0015]作为一种较佳的实施例，所述步骤SS2具体包括：在现场搭建双目摄像头，摄像头水平放置，正对着要检测的楼层，从左右两个镜头内能都能确保看见楼层，并且图像底部要能看清一部分地面。
[0016]作为一种较佳的实施例，所述步骤SS3具体包括：通过SGM稠密的匹配算法算出视差图，在一个标定过的双目系统中，P(X,Y,Z)表示世界坐标系的任意一点，(u
l
,v
l
)和(u
r
,v
r
)分别表示点P在两个相机的像平面坐标系上的投影；(u0,v0)是相机的光学中心在像平面上的投影；f表示相机的焦距；b表示双目视觉里的基线长度；视差值Δ计算公式见公式(1),
[0017][0018]左相机上任意一点(u
l
,v
l
)通过SGM稠密算法找到对应的右相机上的点(u
r
,v
r
)，然后通过公式(1)计算出点(u
l
,v
l
)的视差值Δ,每个点都计算出视差值之后就构成一张视差图。
[0019]作为一种较佳的实施例，所述步骤SS4具体包括：
[0020]步骤SS41：视差图按照水平方向投影求得v
‑
视差图；所述v
‑
视差值的横向坐标表示视差值Δ，纵坐标表示图像高度；
[0021]步骤SS42：在v
‑
视差图上计算获得大楼的最低点p1(d
△
,y1)和大楼的最高点p2(d
△
,y2)，因为要测高的大楼都是垂直于地面，所以大楼在v
‑
视差图上构成一条垂直线段l
b
；而道路是水平的，在v
‑
视差图上反应的是一条斜率<0的倾斜线l
r
，l
b
是一段在v
‑
视差图上垂直于x轴并且Δ取值一样或者接近的一组点，通过最小二乘拟合的方式把l
b
拟合出来；拟合出来的l
b
的上顶点是点p1(d
△
,y1)；选择对噪声点鲁棒的Ransac方法拟合l
r
；最后，求出l
b
和l
r
的交点就是p2(d
△
,y2),然后计算|y2‑
y1|，|y2‑
y1|是楼层在像平面上坐标系的高度差；
[0022]步骤SS43：联合公式(1)和公式(2)得到公式(3)，算出世界坐标系的点坐标P(X,Y,Z)和图像中的点(u,v)的转换方程,
[0023][0024]其中，dx,dy，f是相机焦距相关参数,(u0,v0)表示相平面坐标原点；(u,v)为在图像上拍摄到的大楼坐标本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双目视觉的建筑物测高方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤SS1：双目相机标定步骤，包括：计算出相机基本矩阵F，本质矩阵E以及相机的畸变参数D，对双目相机进行极线校正；步骤SS2：执行双目相机现场搭建；步骤SS3：计算视差图步骤，包括基于SGM算法计算视差图；步骤SS4：根据所述视差图计算v
‑
视差图，并结合v
‑
视差图和标定信息计算楼层高度，包括：通过在v
‑
视差图上找几何对应关系，定位出大楼在图像中的位置，并且算出大楼的垂直高度。2.根据权利要求1所述的一种基于双目视觉的建筑物测高方法，其特征在于，所述步骤SS1中的极线校正具体包括：采用Bouguet极线校正方法，将双目相机的成像平面各旋转一半，使得左右图像重投影造成的误差最小，左右视图的共同面积最大。3.根据权利要求1所述的一种基于双目视觉的建筑物测高方法，其特征在于，所述步骤SS2具体包括：在现场搭建双目摄像头，摄像头水平放置，正对着要检测的楼层，从左右两个镜头内能都能确保看见楼层，并且图像底部要能看清一部分地面。4.根据权利要求1所述的一种基于双目视觉的建筑物测高方法，其特征在于，所述步骤SS3具体包括：通过SGM稠密的匹配算法算出视差图，在一个标定过的双目系统中，P(X,Y,Z)表示世界坐标系的任意一点，(u
l
,v
l
)和(u
r
,v
r
)分别表示点P在两个相机的像平面坐标系上的投影；(u0,v0)是相机的光学中心在像平面上的投影；f表示相机的焦距；b表示双目视觉里的基线长度；视差值Δ计算公式见公式(1),的基线长度；视差值Δ计算公式见公式(1),左相机上任意一点(u
l
,v
l
)通过SGM稠密算法找到对应的右相机上的点(u
r
,v
r
)，然后通过公式(1)计算出点(u
l
,v
l
)的视差值Δ,每个点都计算出视差值之后就构成一张视差图。5.根据权利要求4所述的一种基于双目视觉的建筑物测高方法，其特征在于，所述步骤SS4具体包括：步骤SS41：视差图按照水平方向投影求得v
‑
视差图；所述v
‑
视差值的横向坐标表示视差值Δ，纵坐标表示图像高度；步骤SS42：在v
‑
视差图上计算获得大楼的最低点p1(d
△
,y1)和大楼的最高点p2(d
△
,y2)，因为要测高的大楼都是垂直于地面，所以大楼在v
‑
视差图上构成一条垂直线段l
b
；而道路是水平的，在v
‑
视差图上反应的是一条斜率<0的倾斜线l
r
，l
b
是一段在v
‑
视差图上垂直于x轴并且Δ取值一样或者接近的一组点，通过最小二乘拟合的方式把l
b
拟合出来；拟合出来的l
b
的上顶点为点p1(d
△
,y1)；选择对噪声点鲁棒的Ransac方法拟合l
r
；最后，求出l
b
和l
r
的交点就是p2(d
△
,y2),然后计算|y2‑
y1|，|y2‑
y1|是楼层在像平面上坐标系的高度差；步骤SS43：...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆涛，曹颂，钟星，
申请(专利权)人：南京图菱视频科技有限公司，
类型：发明
国别省市：