[發(fā)明專利]交通監(jiān)視環(huán)境下的路況攝像機(jī)標(biāo)定方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710022810.7
• 申請(qǐng)日: 2007-05-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101118648A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-02-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳啟美;李勃;郭凡;董蓉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/00
• 分類號(hào): G06T7/00;G08G1/01;H04N5/225
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 湯志武;王鵬翔

1.交通監(jiān)視環(huán)境下的路況攝像機(jī)標(biāo)定方法，其特征是包含如下標(biāo)定步驟：

(1)視覺(jué)模型描述和相關(guān)坐標(biāo)系建立：針對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)性能要求，沿用經(jīng)典的Tsai透射投影模型，并針對(duì)路況成像特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)修正，提出新的視覺(jué)模型，建立三種坐標(biāo)系：

其中地面坐標(biāo)系X_w-Y_w-Z_w和攝像機(jī)坐標(biāo)系X_c-Y_c-Z_c用來(lái)表征三維空間；圖像平面坐標(biāo)系X_f-Y_f用來(lái)表征成像平面。建立世界坐標(biāo)系，其原點(diǎn)為攝像機(jī)光軸與地面交點(diǎn)。Y_w軸正向沿路面方向指向前方，X_w軸正向水平指向右方，Z_w軸正向垂直于地面，方向向上。建立攝像機(jī)坐標(biāo)系，原點(diǎn)為攝像機(jī)光心位置，Z_c軸為攝像機(jī)光軸方向，X_c-Y_c平面平行于像平面；

X_c＝(cos(p)cos(s)+sin(t)sin(p)sin(s))X_w

??+(sin(p)cos(s)-sin(t)cos(p)sin(s))Y_w

Y_c＝(-cos(p)sin(s)+sin(t)sin(p)cos(s))X_w?(1)

??+(-sin(p)sin(s)+sin(t)cos(p)cos(s))Y_w

Z_c＝-cos(t)sin(p)X_w+cos(t)cos(p)Y_w+l

$\left\{\begin{array}{c}\frac{1}{M\left(z\right)}[X_f-C_x\left(Z\right)](1+{\mathrm{kr}}^2)=f\frac{X_C}{Z_C}\\ \frac{1}{M\left(z\right)}[Y_f-C_y\left(Z\right)](1+{\mathrm{kr}}^2)=-f\frac{Y_C}{Z_C}\end{array}\right.---\left(2\right)$

建立此視覺(jué)模型下，世界坐標(biāo)系與像平面坐標(biāo)系下映射關(guān)系，如式(3)所示

$X_f=\frac{f\left[\begin{array}{c}(\cos \left(p\right)\cos \left(s\right)+\sin \left(t\right)\sin \left(p\right)\sin \left(s\right))X_w\\ +(\sin \left(p\right)\cos \left(s\right)-\sin \left(t\right)\cos \left(p\right)\sin \left(s\right))Y_w\end{array}\right]}{-\cos \left(t\right)\sin \left(p\right)X_w+\cos \left(t\right)\cos \left(p\right)Y_w+l}---\left(3\right)$

$Y_f=\frac{f\left[\begin{array}{c}(-\cos \left(p\right)\sin \left(s\right)+\sin \left(t\right)\sin \left(p\right)\cos \left(s\right))X_w\\ +(-\sin \left(p\right)\sin \left(s\right)+\sin \left(t\right)\cos \left(p\right)\cos \left(s\right))Y_w\end{array}\right]}{-\cos \left(t\right)\sin \left(p\right)X_w+\cos \left(t\right)\cos \left(p\right)Y_w+l}$

由式(3)出發(fā)，以Z_w為已知參數(shù)，同樣可建立由像平面坐標(biāo)到世界坐標(biāo)系下的逆映射關(guān)系，如式(4)所示：

$X_w=\frac{\left[\begin{array}{c}\sin p(l+Z_w\sin t)(x_f\sin s+y_f\cos s)\\ +\cos p(l\sin t+Z_w)(x_f\cos s-y_f\sin s)-Z_{w}f\cos t\sin p\end{array}\right]}{x_f\cos t\sin s+y_f\cos t\cos s+f\sin t}---\left(4\right)$

$Y_w=\frac{\left[\begin{array}{c}-\cos p(l+Z_w\sin t)(x_f\sin s+y_f\cos s)\\ +\sin p(l\sin t+Z_w)(x_f\cos s-y_f\sin s)-Z_{w}f\cos t\sin p\end{array}\right]}{x_f\cos t\sin s+y_f\cos t\cos s+f\sin t}$

式中H為攝像機(jī)的垂直安置高度，t，p，s分別為攝像機(jī)俯仰角、偏角和旋角，f為廣角有效焦距，M(z)為放縮系數(shù)，Cx(z)、Cy(z)為圖像主點(diǎn)坐標(biāo)，k為一階徑向畸變。

(2)標(biāo)定攝像機(jī)主點(diǎn)及放縮系數(shù)：以監(jiān)視圖像光流作為標(biāo)定基元；通過(guò)攝像機(jī)作放縮運(yùn)動(dòng)，應(yīng)用參考幀預(yù)測(cè)圖像及實(shí)時(shí)幀采樣圖像間光流場(chǎng)差值作為約束，使用最小二乘方法建立約束方程，通過(guò)powell方向族法辨識(shí)攝像機(jī)主點(diǎn)坐標(biāo)及攝像機(jī)實(shí)際放大系數(shù)。

(3)標(biāo)定目標(biāo)選擇與參數(shù)線性求解：在監(jiān)視場(chǎng)景中選擇分道線角點(diǎn)作為標(biāo)定參照物，利用相鄰四個(gè)分道線角點(diǎn)的像平面投影確定消失線斜率及相應(yīng)攝像機(jī)旋角；以分道線平行關(guān)系及分道線間基礎(chǔ)路寬作為約束，利用此四個(gè)角點(diǎn)的像平面坐標(biāo)，線性求解攝像機(jī)有效焦距及其空間位置參數(shù)；

(4)求精攝像機(jī)內(nèi)外部參數(shù)：以監(jiān)視圖像中所有角點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的世界坐標(biāo)點(diǎn)，以上述算法所求出的視覺(jué)模型參數(shù)作為優(yōu)化模型初值，采用Levenberg-Marquardt優(yōu)化算法求精攝像機(jī)模型參數(shù)，完成攝像機(jī)標(biāo)定。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交通監(jiān)視環(huán)境下的路況攝像機(jī)標(biāo)定方法，其特征是采用攝像機(jī)畸變補(bǔ)償：利用已定標(biāo)出完備的理想的無(wú)透視畸變攝像機(jī)成像模型，計(jì)算圖像上所有角點(diǎn)的理想象素坐標(biāo)，通過(guò)其與真實(shí)角點(diǎn)像平面投影的坐標(biāo)差值，求解非線性視覺(jué)模型中的一階徑向畸變。