[发明专利]采用参照物高度的监控摄像机外部参数标定方法

权利要求书

1.一种采用参照物高度的监控摄像机外部参数标定方法，其特征在于：

从透视投影模型出发，根据监控摄像机的安装方式建立世界坐标系；提出了一种在该世界坐标系中加入远消失点和下消失点描述透视投影形变的视觉模型，以及在该视觉模型基础上建立世界坐标系、摄像机坐标系、图像投影坐标系的方式；该方法的组成部份包含如下内容：

(a)基于透视投影模型的坐标系建立方法。

(b)基于远消失点和下消失点描述透视投影形变的视觉模型。

(c)基于上述模型的参照物铅垂高度标定点选取方法。

(d)基于参照物铅垂高度的摄像机高度、俯视角、放大系数计算方法。

(e)基于参照物铅垂方向的地平线倾角标定工具设计；

(f)基于透视投影模型的立体测量软件的设计和使用方法，包含参照物高度测量尺、地平面两点间距离测量尺、景深重构框架显示等三种工具的设计和使用。

2.根据权利要求1所述的监控摄像机外部参数标定方法，其特征在于，包括如下步骤：

(a)获取监控摄像机的视频图像；

(b)在上述图像中寻找二个以上具有明显铅垂方向信息的参照物，要求参照物铅锤方向两个端点距离超过15像素；

(c)根据这些参照物的铅垂方向，采用地平线倾角标定工具确定地平线倾角；

(d)在图像中手动标注上述参照物沿铅垂方向的底端点和顶端点，从而确定高度标定线段；

(e)根据高度标定线段计算远消失点与下消失点在图像平面中的投影坐标；

(f)根据(e)步所得消失点坐标和高度标定线段计算摄像机安装高度、俯视角、放大系数；

(g)利用立体测量软件，检验高度标定线的设置是否合理。

3.根据权利要求1所述的监控摄像机标定方法，其特征在于：所述基于远消失点与下消失点的视觉模型描述与相关坐标系建立，包括如下步骤：

(1)基于透视投影模型设计视觉模型，结合监控摄像机的通用架设角度，提出了利用远消失点和下消失点解释透视投影形变的方法，即：在世界坐标系中存在这样一类直线，即平行于地平面且平行于由摄像机光轴与摄像机垂线确定的平面的直线，所有这类直线在图像中的映射直线会相交于远消失点；在世界坐标系中所有平行于摄像机高度铅垂线的直线，其在图像中的映射直线会相交于下消失点；根据以上分析，以透视投影模型为基础，引入两个消失点来描述透视形变，从而提出新的视觉模型，并建立世界坐标系、摄像机坐标系、图像投影坐标系；

(2)世界坐标系坐标轴标记为Xw-Yw-Zw；世界坐标系的原点位于摄像机铅垂方向的正下方；距离向Yw指向远方，与摄像机光轴相交，交点对应于图像中心点(xc，yc)；左右向Xw指向右方，Xw和Yw组成了地平面；高度向Zw是由原点出发指向摄像机光心，垂直于地平面的直线；摄像机光心在世界坐标系中的坐标就是(0，0，hD)，其中hD是摄像机架设高度；

(3)摄像机坐标系以摄像机光心为原点，当摄像机俯视角度为0，且摄像机高度为0时，摄像机竖直向上放置于世界坐标系原点上；摄像机坐标系的坐标轴标记为Xs-Ys-Zs；其中Xs轴与Xw轴重合，Ys轴与Yw轴重合，Zs轴与Zw轴重合；当摄像机高度为hD时，沿Zw轴平移摄像机坐标系到点(0，0，hD)；当摄像机俯视角度为alpha时，以Xs为轴，顺时针旋转摄像机坐标系alpha度，得到变换后的摄像机坐标系；

(4)摄像机内部参数的计算以及摄像机畸变矫正，采用棋盘格法解决；

(5)图像坐标系的原点位于摄像机光轴上；图像平面平行于像平面，垂直于摄像机光轴；图像坐标系坐标轴标记为X-Y，Y与Ys轴平行方向相同，X与Xs轴平行方向相同；图像坐标系到摄像机坐标系的映射关系取决于摄像机CCD采样像素点间距与对应的成像点实际间距的比值；通过对成像变换方程中几个系数的组合，最终，定义图像点像素间距到像平面两点间距的放大系数a、b，假设摄像机沿水平轴的放大系数和沿竖直轴的放大系数相同即a＝b，那么只需计算一个放大系数a。