一種雙目立體凝視監(jiān)控系統(tǒng)的測(cè)距方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種雙目立體凝視監(jiān)控系統(tǒng)的測(cè)距方法，是按照以下步驟進(jìn)行的：步驟一：確定圖像主點(diǎn)坐標(biāo)和左、右攝像機(jī)焦距；步驟二：調(diào)整雙目攝像機(jī)姿態(tài)使其凝視目標(biāo)點(diǎn)；步驟三：建立基于旋轉(zhuǎn)角度的目標(biāo)測(cè)距模型；步驟四：立體標(biāo)定調(diào)整后的雙目會(huì)聚攝像機(jī)；步驟五：建立旋轉(zhuǎn)角度和相對(duì)外參的轉(zhuǎn)換關(guān)系；步驟六：基于相對(duì)外參的目標(biāo)測(cè)距及坐標(biāo)重建。基于本發(fā)明所提出的測(cè)距模型，帶入相應(yīng)參數(shù)后可計(jì)算得到目標(biāo)點(diǎn)到雙目攝像機(jī)的距離和目標(biāo)點(diǎn)的空間三維坐標(biāo)。本發(fā)明測(cè)量精度高，能探測(cè)距離遠(yuǎn)，并且計(jì)算結(jié)果快速、準(zhǔn)確，可以滿足視頻監(jiān)控對(duì)目標(biāo)定位的需求。
【專利說明】一種雙目立體凝視監(jiān)控系統(tǒng)的測(cè)距方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于雙目立體攝像機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】，進(jìn)一步涉及雙目立體凝視監(jiān)控系統(tǒng)的測(cè)距方法。
技術(shù)背景
[0002]視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于社會(huì)生活的多個(gè)領(lǐng)域，給人們的社會(huì)生活帶來了巨大的便利性和安全性。目前大多數(shù)的視頻監(jiān)控節(jié)點(diǎn)都是單視點(diǎn)平面監(jiān)控系統(tǒng)，獲取的是一個(gè)視點(diǎn)的圖像。其無法完成目標(biāo)的精確定位，給視頻監(jiān)控的使用者帶來一些不變，也無法滿足智能監(jiān)控更高地要求。
[0003]針對(duì)單視點(diǎn)平面監(jiān)控?zé)o法對(duì)目標(biāo)精確定位的缺點(diǎn)，雙目立體視覺技術(shù)可對(duì)其進(jìn)行很好地彌補(bǔ)。雙目立體視覺直接模擬人眼采集立體圖像的處理方式，具有獲取物體深度信息的能力，可得到目標(biāo)點(diǎn)的精確空間位置信息，因而具有很大的研究?jī)r(jià)值。雙目立體視覺技術(shù)已越來越多的應(yīng)用于工程測(cè)繪、機(jī)器人導(dǎo)航、醫(yī)學(xué)診斷、活體測(cè)量和場(chǎng)景監(jiān)控等諸多領(lǐng)域，具有廣泛的適用性。
[0004]現(xiàn)有的雙目立體視覺系統(tǒng)主要依據(jù)視差原理，即兩臺(tái)攝像機(jī)在不同位置對(duì)同一物體進(jìn)行拍攝，得到該物體在左右圖像中的視差，然后利用三角測(cè)量原理計(jì)算像素間的位置偏差，實(shí)現(xiàn)對(duì)物體定位和三維重構(gòu)。實(shí)現(xiàn)基于該原理的一個(gè)完整的雙目立體視覺系統(tǒng)通常需要圖像采集、攝像機(jī)的標(biāo)定、特征提取、立體圖像匹配等步驟。
[0005]但基于視差原理的雙目立體視覺系統(tǒng)存在一些不足:首先，目前的雙目立體圖像對(duì)的匹配是針對(duì)整幅圖像信息，而立體匹配又是一項(xiàng)十分耗時(shí)的工作。對(duì)于一般的視頻監(jiān)控系統(tǒng)而言，其不需要知道整個(gè)場(chǎng)景的深度信息而只需要知道特定目標(biāo)的深度信息，顯然該方法存在大量的信息冗余和時(shí)間消耗。其次，基于視差原理的雙目立體視覺系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)步驟較為復(fù)雜，所需的算法眾多并對(duì)各個(gè)算法的魯棒性要求較高，尤其是立體匹配算法至今都沒有十分可靠的解決法方法。然后，對(duì)于一些特定的視頻監(jiān)控場(chǎng)合(如交通視頻監(jiān)控)，其要求的目標(biāo)探測(cè)距離在幾米至幾十米，而該方法在保證測(cè)量精度的情況下可探測(cè)距離十分有限。因此，基于以上幾點(diǎn)原因，現(xiàn)今需要一種基于雙目立體攝像機(jī)的簡(jiǎn)單可靠地監(jiān)控系統(tǒng)測(cè)距方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能夠減少信息冗余、縮短時(shí)間消耗、延長(zhǎng)探測(cè)距離的雙目立體凝視監(jiān)控系統(tǒng)的測(cè)距方法。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是以下述方式實(shí)現(xiàn)的:一種雙目立體凝視監(jiān)控系統(tǒng)的測(cè)距方法，是按照以下步驟進(jìn)行的:
步驟一:確定圖像主點(diǎn)坐標(biāo)和左、右攝像機(jī)焦距；
步驟二:調(diào)整雙目攝像機(jī)姿態(tài)使其凝視目標(biāo)點(diǎn)；
步驟三:建立基于旋轉(zhuǎn)角度的目標(biāo)測(cè)距模型；步驟四:立體標(biāo)定調(diào)整后的雙目會(huì)聚攝像機(jī)；
步驟五:建立旋轉(zhuǎn)角度和相對(duì)外參的轉(zhuǎn)換關(guān)系；
步驟六:基于相對(duì)外參的目標(biāo)測(cè)距及坐標(biāo)重建。
[0008]所述步驟一具體過程如下:
對(duì)左、右攝像機(jī)分別進(jìn)行標(biāo)定，得到左攝像機(jī)主點(diǎn)坐標(biāo)為(U1, V1),右攝像機(jī)主點(diǎn)坐標(biāo)為(Ur，Vr)、左焦距長(zhǎng)度fY或/?。
[0009]所述步驟二具體過程如下:調(diào)整雙目攝像機(jī)的基線長(zhǎng)度、左右攝像機(jī)旋轉(zhuǎn)角度及光軸面俯仰角度，使待測(cè)目標(biāo)點(diǎn)在左右攝像機(jī)主點(diǎn)坐標(biāo)處成像。
[0010]所述步驟三具體過程如下:建立基于雙目攝像機(jī)旋轉(zhuǎn)角度的目標(biāo)測(cè)距模型，該模型中左右攝像機(jī)的光軸已會(huì)聚到目標(biāo)點(diǎn)P，世界坐標(biāo)系原點(diǎn)與左攝像機(jī)坐標(biāo)原點(diǎn)重合，其X軸方向與雙目攝像機(jī)基線重合，其Y軸方向?yàn)橹亓Ψ较颍p目攝像機(jī)基線的空間位置固定且基線長(zhǎng)度B可調(diào)，左右攝像機(jī)坐標(biāo)系在光軸面上的旋轉(zhuǎn)角度分別定義為α、β，值域?yàn)?-π /2，π /2),目標(biāo)點(diǎn)P到攝像機(jī)基線的距離L為:

【權(quán)利要求】
1.一種雙目立體凝視監(jiān)控系統(tǒng)的測(cè)距方法，其特征在于是按照以下步驟進(jìn)行的: 步驟一:確定圖像主點(diǎn)坐標(biāo)和左、右攝像機(jī)焦距； 步驟二:調(diào)整雙目攝像機(jī)姿態(tài)使其凝視目標(biāo)點(diǎn)； 步驟三:建立基于旋轉(zhuǎn)角度的目標(biāo)測(cè)距模型； 步驟四:立體標(biāo)定調(diào)整后的雙目會(huì)聚攝像機(jī)； 步驟五:建立旋轉(zhuǎn)角度和相對(duì)外參的轉(zhuǎn)換關(guān)系； 步驟六:基于相對(duì)外參的目標(biāo)測(cè)距及坐標(biāo)重建。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述雙目立體凝視監(jiān)控系統(tǒng)的測(cè)距方法，其特征在于所述步驟一具體過程如下: 對(duì)左、右攝像機(jī)分別進(jìn)行標(biāo)定，得到左攝像機(jī)主點(diǎn)坐標(biāo)為(U1, V1),右攝像機(jī)主點(diǎn)坐標(biāo)為(Ur，Vr)、左焦距長(zhǎng)度fY或/?。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述雙目立體凝視監(jiān)控系統(tǒng)的測(cè)距方法，其特征在于所述步驟二具體過程如下:調(diào)整雙目攝像機(jī)的基線長(zhǎng)度、左右攝像機(jī)旋轉(zhuǎn)角度及光軸面俯仰角度，使待測(cè)目標(biāo)點(diǎn)在左右攝像機(jī)主點(diǎn)坐標(biāo)處成像。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述雙目立體凝視監(jiān)控系統(tǒng)的測(cè)距方法，其特征在于所述步驟三具體過程如下:建立基于雙目攝像機(jī)旋轉(zhuǎn)角度的目標(biāo)測(cè)距模型，該模型中左右攝像機(jī)的光軸已會(huì)聚到目標(biāo)點(diǎn)P，世界坐標(biāo)系原點(diǎn)與左攝像機(jī)坐標(biāo)原點(diǎn)重合，其X軸方向與雙目攝像機(jī)基線重合，其Y軸方向?yàn)橹亓Ψ较?，雙目攝像機(jī)基線的空間位置固定且基線長(zhǎng)度B可調(diào)，左右攝像機(jī)坐標(biāo)系在光軸面上的旋轉(zhuǎn)角度分別定義為α、β ,值域?yàn)?-π /2，π /2),目標(biāo)點(diǎn)P到攝像機(jī)基線的距離L為:
目標(biāo)點(diǎn)P的世界坐標(biāo)為:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述雙目立體凝視監(jiān)控系統(tǒng)的測(cè)距方法，其特征在于所述步驟四具體過程如下:立體標(biāo)定得到左右攝像機(jī)的相對(duì)外參為:平移向量/'=(1，m, η)τ、旋轉(zhuǎn)向量V= (a, b,。)7和軸向角5，f，7，通過對(duì)左、右攝像機(jī)的標(biāo)定可得到左、右攝像機(jī)坐標(biāo)系到世界坐標(biāo)系的變換關(guān)系，得到左攝像機(jī)旋轉(zhuǎn)矩陣A、平移向量G，右攝像機(jī)旋轉(zhuǎn)矩陣兄、平移向量7；，則
其中A、為空間中一給定點(diǎn)在世界坐標(biāo)系、左攝像機(jī)坐標(biāo)系和右攝像機(jī)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；公式(3)消去&，得到:
由公式(4)得左右攝像機(jī)相對(duì)外參為:
通過Rodrigues旋轉(zhuǎn)公式將旋轉(zhuǎn)矩陣變換為旋轉(zhuǎn)向量V:
旋轉(zhuǎn)向量K的軸向角β為:
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述雙目立體凝視監(jiān)控系統(tǒng)的測(cè)距方法，其特征在于所述的立體標(biāo)定具體包括: 對(duì)于建立空間任意兩個(gè)坐標(biāo)系之間的變換關(guān)系，用平移變換、旋轉(zhuǎn)變換和尺度變換來表不; 對(duì)于雙目攝像機(jī)的立體標(biāo)定領(lǐng)域，其王要包括左攝像機(jī)坐標(biāo)系、右攝像機(jī)坐標(biāo)系和世界坐標(biāo)系，通過標(biāo)定平移變換和旋轉(zhuǎn)變換可建立三坐標(biāo)系之間位置關(guān)系。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述雙目立體凝視監(jiān)控系統(tǒng)的測(cè)距方法，其特征在于，所述步驟五具體過程如下:建立雙目攝像機(jī)相對(duì)外參與α、β、Y、Β的轉(zhuǎn)換關(guān)系
在雙目攝像機(jī)調(diào)整之前，目標(biāo)點(diǎn)在左圖像坐標(biāo)系內(nèi)的坐標(biāo)為(U，V); 左攝像機(jī)主點(diǎn)坐標(biāo)和焦距分別為(U1, Vl)、f；，則光軸俯仰角Y與左攝像機(jī)的參數(shù)關(guān)系為:
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述雙目立體凝視監(jiān)控系統(tǒng)的測(cè)距方法，其特征在于，所述步驟六具體過程如下: 由公式⑴和公式⑶可得目標(biāo)點(diǎn)P到雙目攝像機(jī)基線的距離為:
由公式(2)和公式(8，9)可得目標(biāo)點(diǎn)P的世界坐標(biāo)為:
【文檔編號(hào)】G01C3/14GK104075688SQ201310107096
【公開日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2013年3月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月29日
【發(fā)明者】宋曉煒, 楊蕾, 吳源昭 申請(qǐng)人:中原工學(xué)院