[發明專利]采用參照物高度的監控攝像機外部參數標定方法

有效

• 申請號: 200910242758.5
• 申請日: 2009-12-16
• 公開（公告）號: CN102103747A
• 公開（公告）日: 2011-06-22
• 發明（設計）人: 張浩;胡文龍;孫彪
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

1.一種采用參照物高度的監控攝像機外部參數標定方法，其特征在于：

從透視投影模型出發，根據監控攝像機的安裝方式建立世界坐標系；提出了一種在該世界坐標系中加入遠消失點和下消失點描述透視投影形變的視覺模型，以及在該視覺模型基礎上建立世界坐標系、攝像機坐標系、圖像投影坐標系的方式；該方法的組成部份包含如下內容：

(a)基于透視投影模型的坐標系建立方法。

(b)基于遠消失點和下消失點描述透視投影形變的視覺模型。

(c)基于上述模型的參照物鉛垂高度標定點選取方法。

(d)基于參照物鉛垂高度的攝像機高度、俯視角、放大系數計算方法。

(e)基于參照物鉛垂方向的地平線傾角標定工具設計；

(f)基于透視投影模型的立體測量軟件的設計和使用方法，包含參照物高度測量尺、地平面兩點間距離測量尺、景深重構框架顯示等三種工具的設計和使用。

2.根據權利要求1所述的監控攝像機外部參數標定方法，其特征在于，包括如下步驟：

(a)獲取監控攝像機的視頻圖像；

(b)在上述圖像中尋找二個以上具有明顯鉛垂方向信息的參照物，要求參照物鉛錘方向兩個端點距離超過15像素；

(c)根據這些參照物的鉛垂方向，采用地平線傾角標定工具確定地平線傾角；

(d)在圖像中手動標注上述參照物沿鉛垂方向的底端點和頂端點，從而確定高度標定線段；

(e)根據高度標定線段計算遠消失點與下消失點在圖像平面中的投影坐標；

(f)根據(e)步所得消失點坐標和高度標定線段計算攝像機安裝高度、俯視角、放大系數；

(g)利用立體測量軟件，檢驗高度標定線的設置是否合理。

3.根據權利要求1所述的監控攝像機標定方法，其特征在于：所述基于遠消失點與下消失點的視覺模型描述與相關坐標系建立，包括如下步驟：

(1)基于透視投影模型設計視覺模型，結合監控攝像機的通用架設角度，提出了利用遠消失點和下消失點解釋透視投影形變的方法，即：在世界坐標系中存在這樣一類直線，即平行于地平面且平行于由攝像機光軸與攝像機垂線確定的平面的直線，所有這類直線在圖像中的映射直線會相交于遠消失點；在世界坐標系中所有平行于攝像機高度鉛垂線的直線，其在圖像中的映射直線會相交于下消失點；根據以上分析，以透視投影模型為基礎，引入兩個消失點來描述透視形變，從而提出新的視覺模型，并建立世界坐標系、攝像機坐標系、圖像投影坐標系；

(2)世界坐標系坐標軸標記為Xw-Yw-Zw；世界坐標系的原點位于攝像機鉛垂方向的正下方；距離向Yw指向遠方，與攝像機光軸相交，交點對應于圖像中心點(xc，yc)；左右向Xw指向右方，Xw和Yw組成了地平面；高度向Zw是由原點出發指向攝像機光心，垂直于地平面的直線；攝像機光心在世界坐標系中的坐標就是(0，0，hD)，其中hD是攝像機架設高度；

(3)攝像機坐標系以攝像機光心為原點，當攝像機俯視角度為0，且攝像機高度為0時，攝像機豎直向上放置于世界坐標系原點上；攝像機坐標系的坐標軸標記為Xs-Ys-Zs；其中Xs軸與Xw軸重合，Ys軸與Yw軸重合，Zs軸與Zw軸重合；當攝像機高度為hD時，沿Zw軸平移攝像機坐標系到點(0，0，hD)；當攝像機俯視角度為alpha時，以Xs為軸，順時針旋轉攝像機坐標系alpha度，得到變換后的攝像機坐標系；

(4)攝像機內部參數的計算以及攝像機畸變矯正，采用棋盤格法解決；

(5)圖像坐標系的原點位于攝像機光軸上；圖像平面平行于像平面，垂直于攝像機光軸；圖像坐標系坐標軸標記為X-Y，Y與Ys軸平行方向相同，X與Xs軸平行方向相同；圖像坐標系到攝像機坐標系的映射關系取決于攝像機CCD采樣像素點間距與對應的成像點實際間距的比值；通過對成像變換方程中幾個系數的組合，最終，定義圖像點像素間距到像平面兩點間距的放大系數a、b，假設攝像機沿水平軸的放大系數和沿豎直軸的放大系數相同即a＝b，那么只需計算一個放大系數a。