一种利用水面倒影标定摄像机高度和俯仰角的方法技术

本发明专利技术提出一种利用水面倒影标定摄像机高度和俯仰角的方法，具体步骤如下：步骤S1：选取标定物：于岸边设置的物影对称标定物及其倒影均位于摄像机的视场内；步骤S2：图像采集：在不同位置采集多帧物影对称标定物的图像，且特征点及倒影对应点于水平方向靠近图像的中部；步骤S3：提取特征点；步骤S4：图像校正：使特征点与倒影对应点的连线与像素坐标系的纵轴平行；步骤S5：求解摄像机光轴相对于水平面的俯仰角：步骤S6：求解摄像机光学投影中心距离水平面的高度。在本申请中,利用倒影构成对称标定物，直接选择固有物体，节省时间及成本；物影对称标定物呈竖直方向，摄像机光轴近水平方向，二者夹角较大，减小标定误差，提高远距离标定的准确性。定的准确性。定的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种利用水面倒影标定摄像机高度和俯仰角的方法


[0001]本专利技术涉及视觉导航领域，尤其涉及一种利用水面倒影标定摄像机高度和俯仰角的方法。

技术介绍

[0002]无人船工作在水面，周围障碍物或目标均位于水平面这一特点为船载摄像机进行单目测距提供了条件，当已知摄像机相对于水面的高度和俯仰角时，根据透视投影几何关系可通过采集的场景图像计算出周围障碍物或目标与摄像机的距离，进而计算出障碍物或目标到无人船的距离，为无人船的视觉导航提供依据。
[0003]这类单目测距方法需要已知摄像机的内参数和摄像机相对于水面的高度与俯仰角，其中摄像机内参数目前已有成熟的标定方法，在陆地上可采用平面标定板进行方便的标定。但是，摄像机相对于水面的高度与俯仰角的标定还没有很好的方法。
[0004]摄像机相对于水面的高度与俯仰角的标定目前有两类方法：其中一类方法是将陆地上采用的标定板布置在水面上，这就需要在水面进行标定，需要辅助船只，而且在水面上操作很不方便，还存在安全隐患。另外，由于标定板位于水面上，当摄像机光轴与水平面之间的夹角较小时，标定板在图像中纵向本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用水面倒影标定摄像机高度和俯仰角的方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤S1：选取标定物：于岸边设置物影对称标定物，所述物影对称标定物于水面生成倒影，所述物影对称标定物及其倒影均位于摄像机的视场内；步骤S2：图像采集：在不同位置采集多帧所述物影对称标定物的图像，每帧图像中所述物影对称标定物的特征点及倒影对应点于水平方向靠近图像的中部；步骤S3：提取特征点：根据所述物影对称标定物的类型，采用不同的图像特征点提取方法提取特征点；步骤S4：图像校正：根据图像几何变换方法，将图像以摄像机主点为中心旋转，使特征点A与倒影对应点A
’
的连线与像素坐标系的纵轴平行；步骤S5：求解摄像机光轴XC相对于水平面WW的俯仰角θ：求解表达式为：其中，为第i帧图像水面以上特征点A的直射光线AC与光轴XC在竖直平面的夹角，为第i帧图像水面以上特征点A的反射光线BC与光轴XC在竖直平面的夹角，θ为需要标定的摄像机光轴XC相对于水平面WW的俯仰角；像机光轴XC相对于水平面WW的俯仰角；其中，v0为摄像机主点I0的像素纵坐标，β为以像素单元高度为单位的摄像机焦距，v
ai
为第i帧图像中特征点A经过旋转校正后在像素坐标系中的纵坐标，v
bi
为第i帧图像中倒影对应点A
’
经过旋转校正后在像素坐标系中的纵坐标；步骤S6：求解摄像机光学投影中心C距离水平面WW的高度h：求解表达式为：求解表达式为：其中，h
i
为第i帧图像摄像机光学投影中心C距离水平面WW的高度，H为水面以上特征点A距离水平面WW的高度，n为采集图像的帧数。2.根据权利要求1所述的利用水面倒影标定摄像机高度和俯仰角的方法，其特征在于，在步骤S1中，所述物影对称标定物为岸边现有的物体或临时放置的物体，所述物影对称标定物为方形柱类、圆形环类或光照灯类。
3.根据权利要求2所述的利用水面倒影标定摄像机高度和俯仰角的方法，其特征在于，在步骤S3中，不同的提取方式如下：若所述物影对称标定物为方形柱类的标定物，特征点的提取选择角点；若所述物影对称标定物...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建华，张梦迪，郑翔，盘姿君，王浩铸，车文博，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：