[發明專利]基于標識虛線物理坐標的交通監控模型標定方法及系統

有效

• 申請號: 201710702384.5
• 申請日: 2017-08-16
• 公開（公告）號: CN107481291B
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發明（設計）人: 王偉;王崇曉;姚鎮宇;余志成
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80;G06F30/20
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 張弘

1.一種基于標識虛線物理坐標的交通監控模型標定方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)對未知內參矩陣的交通攝像機，通過VLH自標定算法確定交通攝像機的內參矩陣；

2)利用步驟1)所確定的內參矩陣與監控視頻中標識虛線的四個控制點在視頻中的坐標與世界坐標系下的對應關系計算交通攝像機的姿態參數；

3)將步驟2)執行后得到交通攝像機的姿態參數傳遞到交通監控模型中，利用交通監控模型對攝像機的姿態進行相應分析計算，得到正確的道路監控結果；

步驟1)具體包括以下步驟：

步驟一：攝像機自標定；

根據攝像機標定原理得到關系：

其中，fx、fy為在圖像坐標系下x軸方向上的縮放比例與在y軸方向上的縮放比例；f為攝像機焦距；h為攝像機中心點距離地面高度；φ為攝像機的傾斜角；(x,y,z)為世界坐標系下的點；α為系數；利用公式(1)將世界坐標系下點轉換為攝像機坐標，則道路平面上的點(x,y,0)投影到圖像上的點坐標為(u,x)：

步驟二:根據交通道路上標識虛線的四個控制點可以得到其在交通流方向的滅點坐標為(u₀,v₀)，其存在關系如下：

其中，θ為攝像機的搖動角；

根據式(2)、式(3)、式(4)、式(5)初步得出攝像機參數的表達式：

步驟三：根據VLH算法，已知滅點坐標、標識虛線長度L以及攝像機距離地面高度H通過上述公式可以推導出：

f⁴+[u₀²+2v₀²-k_L²]f²+(u₀²+v₀²)v₀²＝0 (10)

其中，κ＝(v_f-v₀)(v_b-v₀)/(v_f-v_b)，v_f為路面平行于交通流量方向的路段上一段長度l前點坐標投影到圖像坐標的Y軸值；v_b為路面平行于交通流量方向的路段上有一段長度l后點坐標投影到圖像坐標的Y軸值；

對該公式(10)進行求解f得到內參矩陣；

步驟2)具體包括以下步驟：通過讀入姿態估計所用監控視頻，在監控視頻中標定四個點，利用四個點和已知的攝像機的參數矩陣采用P4P的方法對攝像機進行姿態估計；

步驟2)具體的數學計算推導過程為：

根據攝像機標定原理中得到的公式：

其中Z_c為圖像坐標系下Z軸坐標，(u0,v0)為圖像中心坐標，R為3×3的旋轉矩陣，T為3×1的平移矩陣，(X_w,Y_w,Z_w)為世界坐標系下的點，(x,y)為世界坐標系對應在圖像中的坐標；將公式(11)帶入整理得到一下方程組：

計算求解上式方程組的R矩陣和T矩陣，攝像機的旋轉矩陣和平移矩陣，求解出交通監控攝像機的姿態參數。

2.根據權利要求1所述的一種基于標識虛線物理坐標的交通監控模型標定方法，其特征在于，步驟2)中：采集不同姿態下的監控視頻，在使用交通攝像機進行上下搖動和左右擺動進行拍攝，獲取不同角度下的監控視頻。

3.根據權利要求1所述的一種基于標識虛線物理坐標的交通監控模型標定方法，其特征在于，步驟3)中：在交通監控模型方法中，采用OpenGL進行仿真設計，攝像機底部距離道路的垂直距離為d，攝像機底部到攝像機的高度為h，在OpenGL空間坐標系中攝像機所在的空間位置中在X軸的坐標位置為0；模擬的攝像機所在的空間坐標為(0，d，h)，當確定攝像機位置后，進行測量攝像機的光軸與道路的交點坐標。