[发明专利]基于路面共线三点及其平行线的单摄像机标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种交通技术领域的单摄像机标定方法，特别涉及一种基于 路面共线三点及其平行线的单摄像机标定方法。

背景技术

随着通信与网络技术、传感器技术、图像处理及模式识别技术的发展， 智能交通信息监测技术得到长足的进展。以摄像机等视觉传感器为基础，依 靠机器视觉和模式识别等理论的道路交通信息工程技术已逐渐趋于成熟，在 电子警察、高速公路监控等领域得到广泛应用。在交通监视中，根据摄像机 获取的道路现场图像，计算道路上的交通参数，如车流量、瞬时车速、平均 车速、占有率等信息。在实际检测的过程中，需要建立图像中像素点与实际 路面中位置点之间的映射关系。该映射关系，与摄像机成像的几何模型有关。 模型中的参数必须通过必要的摄像机标定过程来决定，从而建立图像中每一 个像素点和实际路面中相应位置点的映射关系，进而根据数字图像的像素点 的变化计算出车速、车流等交通信息。

常用的摄像机标定方法多采用传统标定方式和自标定方法。传统标定方 法在一定的摄像机模型下，基于特定的实验条件如形状、尺寸已知的参照物， 对其图像进行处理，利用一系列数学变换和计算方法、求取摄像机模型的内 部参数和外部参数；自标定方法直接分析获得的多幅平移或旋转的序列图像 信息，提取表征摄像机内参数自身存在约束的匹配点，建立基于二次曲线(曲 面)的虚拟标定块，从而标定摄像机参数。在交通监视环境中，摄像机拍摄 场景变化不大(一般是公路路面)，摄像机安装好后无旋转或平移的动作，摄像 机标定精度要求不很高，因此通常采用特定几何尺寸的标定物按传统定标方 法进行定标。

在交通监视环境下，通常依靠单摄像机实现交通信息的检测。由于三维 世界在二维平面上投影带来的信息丢失，因此，要依据单视图来确定空间物 体表面某点的三维几何位置与其在图像平面中对应点之间的相互关系是比较 困难的。如果交通场景范围内的路面是较为平整的区域，可作地面平坦性假 设。在此假设的基础上，根据摄像机参数和交通场景中路面的角度，可以准 确获得地面二维平面各点坐标与图像平面各像素点坐标之间映射关系。

为了简化标定流程，结合路面上车道标线的几何特征，Nelson，Grantham 和George等人引入了基于简单成像模型的交通视频监控系统摄像机标定方法 (“A novel camera calibration technique for visual traffic surveillance，”，7^th World  Congress on Intelligence Transportation Systems，paper no.3024.2000)，采用相 邻两车道线段平行且各端点顺时针依次相连构成的矩形作为标定目标，直接 标定出摄像机焦距和方位参数。该方法需要在道路中选择一个矩形标定目标， 而在很多交通场景中，矩形目标不容易获得，选定标定目标不够方便，存在 一定局限性。与之类似，申请号为200410017703.1的专利申请采用一组彼此 间距已知的三条平行线和一条斜率已知且与平行线相交的直线作为标定目 标，标定出摄像机焦距和俯视角。而在交通场景内，通常只有平行的道路标 线，而与平行线相交且斜率已知的斜线是不容易获取的，因此在选取标定目 标方面也存在一定局限性。

发明内容

为了解决现有单摄像机标定方法存在的上述技术问题，本发明提出一种 容易实施、操作简单的基于路面共线三点及其平行线的单摄像机标定方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案包括以下步骤：

1)建立地面世界坐标系X_W-Y_W，其原点设定为透镜中心位置上垂直于摄 像机光轴的直线与地面的交点，Y_W轴为摄像机光轴所在的且垂直于地面的平 面与地面的交线，Y_W轴正方向为沿路面指向前方，X_W轴为透镜中心位置垂 直于摄像机光轴的平面与地面的交线，X_W轴正方向为水平指向右方；

2)建立图像坐标系X_C-Y_C，其原点设定在图像的左下角(0，0)位置，X_C轴水平指向右方，Y_C轴垂直指向上方；