[發明專利]一種基于固定式單目攝像機的三維空間尺寸測量方法

有效

• 申請號: 202110102589.6
• 申請日: 2021-01-26
• 公開（公告）號: CN112907647B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 宋耀鑫;李平凡;嚴永;高巖;李毅;趙冬
• 申請（專利權）人: 公安部交通管理科學研究所
• 主分類號: G06T7/60
• 分類號: G06T7/60;G06T7/80;G06T5/00
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所(普通合伙) 32104
• 代理人: 曹祖良;陳麗麗

1.一種基于固定式單目攝像機的三維空間尺寸測量方法，其特征在于，包括：

通過相機標定方式獲取固定式單目攝像機的相機內參數；

采集包含三維控制點靶標的視頻圖像，其中所述三維控制點靶標位于所述固定式單目攝像機的視野拍攝范圍內；

根據所述相機內參數對包含三維控制點靶標的視頻圖像進行鏡頭畸變矯正；

獲取鏡頭畸變矯正后的視頻圖像中三維控制點靶標的圖像坐標及其對應的物方空間坐標；

根據所述三維控制點靶標的圖像坐標及其對應的物方空間坐標進行固定式單目攝像機的相機外參數標定；

根據所述相機外參數標定對待測量視頻圖像進行計算分析，得到待測量視頻圖像中的三維空間尺寸；

所述根據所述三維控制點靶標的圖像坐標及其對應的物方空間坐標進行固定式單目攝像機的相機外參數標定，包括：

根據直接線性變換方程求解所述三維控制點靶標的圖像坐標與其對應的物方空間坐標之間的線性變換矩陣；

根據所述線性變換矩陣對所述固定式單目攝像機的相機外參數進行標定；

所述根據直接線性變換方程求解所述三維控制點靶標的圖像坐標與其對應的物方空間坐標之間的線性變換矩陣，包括：

根據所述三維控制點靶標的圖像坐標(X，Y)及其對應的物方空間坐標(X，Y，Z)采用直接線性變換原理，將所述固定式單目攝像機成像幾何模型簡化為透視成像模型，并建立像平面坐標和物方空間坐標之間的幾何關系式，其中幾何關系式表示為：

展開得到以l_i為未知數的方程：

當有n個控制點時，得到2n個方程式，并寫成矩陣形式為：

該矩陣即為AX＝L，其中A陣表示由像點坐標和物方坐標構成的2n×11大小的系數矩陣，X表示由l_i構成的大小為11×1的未知數矩陣，L表示由像點坐標構成的大小為2n×1的觀測值矩陣；

根據最小二乘法求得未知數矩陣X＝(A^TA)^-1A^TL。

2.根據權利要求1所述的基于固定式單目攝像機的三維空間尺寸測量方法，其特征在于，所述通過相機標定方式獲取固定式單目攝像機的相機內參數，包括：

根據標定裝置對固定式單目攝像機進行相機內參數標定，獲得相機內參數，其中所述相機內參數包括焦距、像主點和光學畸變差。

3.根據權利要求2所述的基于固定式單目攝像機的三維空間尺寸測量方法，其特征在于，所述標定裝置包括：標定板、云臺、伸縮桿、轉臺和支撐座，所述標定板與所述云臺連接，所述伸縮桿的一端連接所述云臺，所述伸縮桿的另一端連接所述轉臺，所述轉臺與所述支撐座連接，所述云臺用于調整所述標定板的位置范圍和角度。

4.根據權利要求1所述的基于固定式單目攝像機的三維空間尺寸測量方法，其特征在于，所述根據所述相機外參數標定對待測量視頻圖像進行計算分析，得到待測量視頻圖像中的三維空間尺寸，包括：

根據所述相機內參數對待測量視頻圖像進行鏡頭畸變矯正；

根據所述線性變換矩陣及直接線性變換方程對待測量視頻圖像進行計算，得到所述待測量視頻圖像上的任意點圖像坐標及其對應的物方空間坐標；

根據待測量視頻圖像上的任意點圖像坐標及其對應的物方空間坐標分析計算所述待測量視頻圖像中的目標的三維空間尺寸信息。

5.根據權利要求1所述的基于固定式單目攝像機的三維空間尺寸測量方法，其特征在于，所述鏡頭畸變矯正包括桶形畸變、枕形畸變和魚眼鏡頭畸變。

6.根據權利要求1所述的基于固定式單目攝像機的三維空間尺寸測量方法，其特征在于，所述三維控制點靶標包括：三根互成90°垂直的標桿構成XYZ方向的3軸，每軸上的控制點數據不少于2個。