[發(fā)明專利]采用參照物高度的監(jiān)控攝像機外部參數(shù)標(biāo)定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910242758.5
• 申請日: 2009-12-16
• 公開（公告）號: CN102103747A
• 公開（公告）日: 2011-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張浩;胡文龍;孫彪
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院電子學(xué)研究所
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于智能視頻監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及在監(jiān)控環(huán)境采用參照物的高度進行攝像機外部參數(shù)標(biāo)定的方法，主要用于視頻監(jiān)控環(huán)境下的攝像機外部參數(shù)精確標(biāo)定。

背景技術(shù)

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代監(jiān)控系統(tǒng)逐漸面向網(wǎng)絡(luò)化、智能化、多源化的方向發(fā)展。其中，智能視頻分析技術(shù)作為視頻監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)智能化的重要手段已經(jīng)成為眾多高校、公司或科研機構(gòu)的研究重點。近幾年，隨著計算機性能的不斷提高，智能視頻技術(shù)被廣泛應(yīng)用于智能交通、樓宇監(jiān)控、倉庫管理等多種室內(nèi)室外應(yīng)用環(huán)境；監(jiān)控分析的運動目標(biāo)包括各類車輛、行人、包裹物體；監(jiān)控分析的主要功能從交通量數(shù)據(jù)統(tǒng)計、車輛違章檢測，到人員異常行為報警、物品遺留或丟失，等等多種方面。是以圖像處理、機器視覺、模式識別等多種視頻和圖像分析技術(shù)為基礎(chǔ)，集數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、控制技術(shù)、計算機處理技術(shù)等技術(shù)相結(jié)合的綜合應(yīng)用集成系統(tǒng)。

其中，攝像機標(biāo)定作為圖像理解和機器視覺的重要技術(shù)，直接影響到系統(tǒng)對監(jiān)控環(huán)境幾何信息的感知是否準確，影響到系統(tǒng)對監(jiān)控目標(biāo)的特征包括大小、形狀、位置、運動速度等信息的提取是否正確。一個好的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)，應(yīng)該能夠勝任多種應(yīng)用場所，應(yīng)該具有一個能夠描述通用環(huán)境的視覺模型。根據(jù)這個視覺模型而建立的攝像機標(biāo)定方法也應(yīng)該具有通用性、準確性的特點。

在攝像機標(biāo)定技術(shù)上，國內(nèi)外工作者已經(jīng)提出了諸多方法：最早有人提出一種多點擬合法，選擇多個標(biāo)定點進行多次標(biāo)定，每個標(biāo)定線段描述了在標(biāo)定點附近沿距離向的變化速率，這樣對標(biāo)定線組所描述的映射變形曲線進行最小二乘擬合而獲得標(biāo)定結(jié)果，但是該方法具有一定的局限性，在三維空間中，如果這個標(biāo)定是針對距離向而作的，那么高度向上的映射關(guān)系仍然是未知的，因此，為了獲得三維的信息，同時又要提高精度，標(biāo)定線的個數(shù)就會隨著對精度的要求而成倍地增加，增大了系統(tǒng)標(biāo)定的復(fù)雜程度，另外同一個視頻中出現(xiàn)大量標(biāo)定點也會影響對單個標(biāo)定點有效性的分析；意大利帕爾瑪大學(xué)的ARGO系統(tǒng)在假定攝像機的內(nèi)部參數(shù)已知的前提下求解外部參數(shù)，但是采用了在地面上畫一張已知尺寸的網(wǎng)格的方法，利用其交點作為標(biāo)定點，該方法很明顯不利于標(biāo)定技術(shù)的推廣；很多實用的系統(tǒng)中，例如NICE系統(tǒng)，采用了地平線傾角標(biāo)定線和物體變化范圍描述矩形，通過設(shè)定視場中物體近大遠小的變化范圍或由遠到近的變化情況來回避攝像機標(biāo)定的問題，但是如果不需要對目標(biāo)尺寸的精確，計算這種方法顯然是快速有效的；西安交通大學(xué)的研究人員采用道路面上三條平行線作為標(biāo)定線的方法確定車載攝像機的外部參數(shù)，該方法很明顯將標(biāo)定技術(shù)的使用范圍限制在了交通標(biāo)志線清晰的公路上；中科院自動化所的研究人員對標(biāo)定線段和世界坐標(biāo)系地平面的映射關(guān)系進行了分析，僅用變換矩陣的方法就求解出了世界坐標(biāo)系地平面兩點之間的間距，但是該方法雖然計算精度高，卻沒有使用到高度信息，只能用作對標(biāo)定平面的兩點間距的測量，并不能做到真正的三維立體測量；南京大學(xué)的研究人員采用了多種算法對攝像機內(nèi)外參數(shù)逐一求解，建立了基于消失點的視覺模型并進行了嚴密推導(dǎo)，但是所依賴的標(biāo)定手段是采用了公路左右一對的六九標(biāo)志線，并且該方法只能采用位于世界坐標(biāo)系地平面上相互平行的標(biāo)定線段，同樣將攝像機標(biāo)定技術(shù)的應(yīng)用范圍限制在了道路標(biāo)志線清晰豐富的公路上。

在實際應(yīng)用中，視覺模型的精確和標(biāo)定方法的限制只是攝像機標(biāo)定的一個方面。由于攝像機標(biāo)定是在圖像中進行的，圖像分辨率本身就影響著標(biāo)定精確度，帶來了不可避免的誤差。另外，工作人員標(biāo)定時選點的誤差也會影響到標(biāo)定結(jié)果。因此，需要設(shè)計一種能夠滿足精確的視覺模型，而且使用方便快捷的攝像機標(biāo)定方法，盡量減少人為誤差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，提供一種采用參照物高度的監(jiān)控攝像機外部參數(shù)標(biāo)定方法，該方法具有面向多種監(jiān)控環(huán)境、設(shè)置方式方便快捷和標(biāo)定測量結(jié)果精確等特點。

為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種采用參照物高度的監(jiān)控攝像機外部參數(shù)標(biāo)定方法，其從透視投影模型出發(fā)，根據(jù)監(jiān)控攝像機的安裝方式建立世界坐標(biāo)系；提出了一種在該世界坐標(biāo)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(chǔ)上建立世界坐標(biāo)系、攝像機坐標(biāo)系、圖像投影坐標(biāo)系的方式；該方法的組成部份包含如下內(nèi)容：

a)基于透視投影模型的坐標(biāo)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(biāo)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(shù)計算方法。

e)基于參照物鉛垂方向的地平線傾角標(biāo)定工具設(shè)計；