專利名稱：基于單幅圖像的平面測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)輔助自動(dòng)測(cè)量。
近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)視覺(jué)的發(fā)展和應(yīng)用，人們開始探索借助計(jì)算機(jī)視覺(jué)方法，通過(guò)圖像進(jìn)行測(cè)量。在這類方法中，較為典型的是通過(guò)兩幅或多幅圖像利用立體視覺(jué)的方法重建出被測(cè)場(chǎng)景的三維結(jié)構(gòu)，但該方法涉及到計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域的經(jīng)典難題，即多幅圖像間的匹配，因而很難投入實(shí)際應(yīng)用。另一種方法是事先在場(chǎng)景平面中人工測(cè)量4個(gè)以上控制點(diǎn)的信息并以此來(lái)計(jì)算空間平面與像平面間的投影矩陣，然后通過(guò)單幅圖像進(jìn)行測(cè)量，這種方法的測(cè)量精度與控制點(diǎn)的選取精度、位置和數(shù)量直接相關(guān)，但在實(shí)際應(yīng)用中，有時(shí)控制點(diǎn)很難選取，而且也無(wú)法保證控制點(diǎn)的測(cè)量精度。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，基于單幅圖像的平面測(cè)量方法包括步驟在被測(cè)場(chǎng)景平面中放置一個(gè)模板；在被測(cè)場(chǎng)景中拍攝一幅或多幅含有所述模板的圖像；
在圖像中提取已知的模板信息；計(jì)算出被測(cè)平面與像平面間的映射關(guān)系；根據(jù)此映射關(guān)系求出場(chǎng)景中任意一點(diǎn)的坐標(biāo)值及任意兩點(diǎn)間的距離。
本發(fā)明提供的測(cè)量方法不需要對(duì)攝像機(jī)參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，而且具有較為簡(jiǎn)便、實(shí)用、測(cè)量精度高、魯棒性好等特點(diǎn)，使基于視覺(jué)的測(cè)量方法走向?qū)嵱谩?br> 發(fā)明的
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明采用一種簡(jiǎn)易平面模板，在該模板內(nèi)含有4條或4條以上直線或線段，模板的大小可根據(jù)被測(cè)場(chǎng)景的大小選取合適的尺寸，對(duì)模板的材料沒(méi)有特殊要求，附

圖1給出了幾種常用的模板實(shí)例。將該模板放在被測(cè)場(chǎng)景平面中，用普通照相機(jī)或數(shù)碼相機(jī)拍攝一幅圖像即可進(jìn)行測(cè)量，而且不需要對(duì)攝像機(jī)參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，若能從不同角度拍攝多幅圖像，則可從中選取一幅較好的進(jìn)行測(cè)量或綜合利用同一被測(cè)量在多幅圖像中的測(cè)量值以便提高測(cè)量精度。
該方法有效地避免了控制點(diǎn)的選取問(wèn)題，在求取被測(cè)平面與像平面間的映射關(guān)系時(shí)直接利用模板上的直線信息，可以有效地提高測(cè)量精度，同時(shí)簡(jiǎn)化了圖像處理的難度，有利于提高整個(gè)測(cè)量過(guò)程的自動(dòng)化程度。對(duì)于一幅圖像，該方法主要包括圖像獲取、模板特征提取、計(jì)算變換矩陣以及測(cè)量等步驟組成，如圖2所示，各步的具體說(shuō)明如下1.獲取圖像將該模板放在被測(cè)場(chǎng)景平面中，用普通照相機(jī)或數(shù)碼相機(jī)拍攝一幅或多幅圖像，并借助掃描儀或某些專用接口設(shè)備將圖像輸入計(jì)算機(jī)。2.模板特征提取通過(guò)自動(dòng)或人機(jī)交互方法從圖像中提取出所需的模板信息，即模板上的直線參數(shù)。其中，可以用Canny或Robert、Sobel等邊緣檢測(cè)算子提取邊緣信息，然后用Hough變換或最小二乘、極大似然估計(jì)等方法求取直線參數(shù)。3.計(jì)算變換矩陣本方法所采用的模板上的直線或線段信息是可測(cè)量的，并將其測(cè)量參數(shù)存入計(jì)算機(jī)。根據(jù)模板上的直線或線段與第2步所提取出的圖像直線或線段的對(duì)應(yīng)關(guān)系，求出場(chǎng)景平面到圖像平面的映射關(guān)系矩陣M。4.測(cè)量對(duì)于圖像上的任意一點(diǎn)，利用第3步求出的映射關(guān)系矩陣的逆變換M-1，就可以求出場(chǎng)景中對(duì)應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)值，進(jìn)而可以算出場(chǎng)景中任意兩點(diǎn)間的距離。同時(shí)，可以根據(jù)對(duì)各步驟的不確定性分析給出每個(gè)測(cè)量結(jié)果的誤差范圍。
實(shí)施例如圖3所示為一被測(cè)場(chǎng)景的圖像，圖中模板由兩個(gè)矩形組成。按照本發(fā)明所述的方法，在圖像中自動(dòng)提取兩個(gè)矩形的八條邊并計(jì)算出被測(cè)平面與像平面間的映射關(guān)系，在圖像中用鼠標(biāo)任選兩點(diǎn)，就可以利用這一映射關(guān)系直接從圖像求出場(chǎng)景中這兩點(diǎn)間的距離。例如D1，D2的真實(shí)長(zhǎng)度分別為77.85cm和189.78cm，用本發(fā)明方法所得出的測(cè)量值分別為77.72cm和191.02cm，測(cè)量的相對(duì)誤差分別為0.17％和0.65％，這是完全可以達(dá)到測(cè)量精度要求的。
權(quán)利要求
1.一種基于單幅圖像的平面測(cè)量方法，包括步驟在被測(cè)場(chǎng)景平面中放置一個(gè)模板；在被測(cè)場(chǎng)景中拍攝一幅或多幅含有所述模板的圖像；在圖像中提取已知的模板信息；計(jì)算出被測(cè)平面與像平面間的映射關(guān)系；根據(jù)此映射關(guān)系求出場(chǎng)景中任意一點(diǎn)的坐標(biāo)值及任意兩點(diǎn)間的距離。
2.按權(quán)利要求1所述的基于單幅圖像的平面測(cè)量方法，其特征在于所放置的模板中含有4條或4條以上直線或線段。
3.按權(quán)利要求2所述的基于單幅圖像的平面測(cè)量方法，其特征在于所述的直線或線段是平面圖形的邊，如矩形、正方形、三角形等及其組合所產(chǎn)生的圖形。
全文摘要
一種基于單幅圖像的平面測(cè)量方法，包括步驟在被測(cè)場(chǎng)景平面中放置一個(gè)模板；在被測(cè)場(chǎng)景中拍攝一幅或多幅含有所述模板的圖像；在圖像中提取已知的模板信息；計(jì)算出被測(cè)平面與像平面間的映射關(guān)系；根據(jù)此映射關(guān)系求出場(chǎng)景中任意一點(diǎn)的坐標(biāo)值及任意兩點(diǎn)間的距離。本發(fā)明提供的測(cè)量方法不需要對(duì)攝像機(jī)參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，而且具有較為簡(jiǎn)便、實(shí)用、測(cè)量精度高、魯棒性好等特點(diǎn)，使基于視覺(jué)的測(cè)量方法走向?qū)嵱谩?br> 文檔編號(hào)G01C11/00GK1427245SQ0114033
公開日2003年7月2日 申請(qǐng)日期2001年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月17日
發(fā)明者胡占義, 吳福朝, 王光輝 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所