【技术实现步骤摘要】
本专利技术提供一种基于消失点的相机重力方向自校正方法，属于图像处理。
技术介绍
1、行车记录图像数据是一组按照一定时间间隔记录车辆行驶场景图像以及对应定位数据的多维度信息序列，是众多道路交通众包数据源的重要组成部分，蕴藏了丰富的道路语义信息。在高精度地图更新和交通监测等应用中，行车记录数据等众包数据源发挥着关键作用，具有潜在的信息挖掘潜力。这些数据源通过实时捕捉车辆在道路上的移动和交互，提供了宝贵的信息，对于维护和更新高精度地图以及实现精准的交通监测至关重要。
2、然而，目前对行车记录图像数据等序列影像数据的利用较为有限。这类数据主要来自手机、行车记录仪等设备，由于记录的传感器信息较少、记录帧率较低，难以使用现有的slam算法对其中的信息进行提取以及恢复相机拍摄时的姿态，因此对该数据中的信息进行分析与利用存在一定难度。
技术实现思路
1、为了克服这一困难，本专利技术提出了一种基于消失点的相机重力方向自校正方法，以恢复相机在拍摄过程中的重力方向。这一方法简单而迅速，能够快速提取相机拍摄时的翻滚角与俯仰角姿态，为行车记录数据的信息提取与利用提供了可靠的数据支持。
2、本专利技术采用车辆行车记录数据，通过对图像内竖直方向线段的提取与计算，根据单孔相机成像模型，计算图像的翻滚角与俯仰角，在无重力数据的情况下，恢复相机重力方向姿态。
3、为计算单张图像重力方向，本专利技术的具体技术方案为：
4、s1、图像直线段特征的提取；
5、根据
6、图像直线段特征提通过lsd快速直线检测算法等实现；
7、s2、图像竖直线段特征的提取
8、通过设定直线段相对于图像y方向旋转角度阈值，从直线段提取结果中筛选一批满足斜率阈值的直线段；同时，提取结果中存在许多零碎线段，还需要对线段长度进行筛选，将最终的筛选结果作为空间竖直线段结果，以进行消失点位置计算；
9、s3、图像重力方向计算
10、s3.1图像重力方向计算方法
11、设两段空间中存在两竖直线段ab、cd，abcd四点空间坐标分别为(xa，ya，za),(xb，yb，zb),(xc，yc，zc)与(xd，yd，zd)；设两空间竖直线在像平面中的交点p，其坐标为(dx，dy)；
12、设相机的外参为r与t,其中r代表相机坐标系与空间坐标系的旋转矩阵，t代表两坐标系之间的平移矩阵，由于当前计算值仅涉及旋转，因此t＝[0 0 0]t，设r中各分量如下：
13、
14、空间物点的坐标(x，y，z)与相片上的像点坐标(x，y)满足共线关系，其中(xs，ys，zs)为相机在空间坐标系中的坐标：
15、
16、代入四点坐标得到两条空间直线在像平面投影的直线方程为：
17、直线ab：x＝mab·y+bab
18、直线cd：x＝mcd·y+bcd
19、计算得到ab与cd的交点p坐标为该坐标与空间点位坐标无关，只与相机的空间旋转姿态有关；因此当像平面与竖直方向存在一定夹角时，空间中任意竖直线在像平面中均会交会于一点，该点即为竖直线这一组平行线在当前像片中的消失点；由于t＝[0 0 0]t，相机坐标系xc与空间三维坐标系xw之间的转换关系如下
20、xc＝rxw
21、当仅考虑相机的俯仰变化与翻滚变化，即相机先绕x轴旋转ω即俯仰变换，再绕z轴旋转β即翻滚变换，求得，消失点的像平面坐标其在空间三维坐标系中的坐标为即为空间三维坐标系中穿过相机投影中心的竖直线与像平面的交点；
22、通过提取竖直地物轮廓，计算消失点坐标，利用消失点坐标计算翻滚角与俯仰角；消失点在像平面中的坐标为(dx，dy)，计算在忽略朝向的情况下空间三维坐标系到相机坐标系的俯仰、翻滚变换角度ω与β：
23、
24、
25、s3.2竖直消失点计算
26、在步骤s2获取的竖直线段集合中，任意两线段之间都能计算交点坐标，即图像竖直方向消失点观测值；以两线段长度乘积作为观测点权重，获得带有权重的消失点观测值分布；
27、s3.3竖直消失点聚类中心计算
28、利用dbscan对高权重消失点进行聚类，并计算聚类中心坐标，得到优化的消失点测量结果；
29、s4、重力方向计算与恢复
30、利用消失点位置计算结果代入步骤s3.1的公式，计算相机俯仰角度与翻滚角度，利用该角度恢复图像。
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1.一种基于消失点的相机重力方向自校正方法，其特征在于，采用车辆行车记录数据，通过对图像内竖直方向线段的提取与计算，根据单孔相机成像模型，计算图像的翻滚角与俯仰角，在无重力数据的情况下，恢复相机重力方向姿态。
2.根据权利要求1所述的一种基于消失点的相机重力方向自校正方法，其特征在于，包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种基于消失点的相机重力方向自校正方法，其特征在于，采用车辆行车记录数据，通过对图像内竖直方向线段的提取与计算，根据单孔相机成像模型，计算图像的翻滚角与...
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