[发明专利]基于单目摄像机的深度、深度场及物体大小的测量方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机视觉领域，涉及一种根据单目摄像机的云台旋转与镜头变焦测量被摄物体深度，对应视场的深度场及被摄物体的实际尺寸的方法。

背景技术

随着多媒体技术的不断发展，智能视频监控已经越来越广泛地应用于安全作业和治安防范等领域。目前的视频监控系统大量安装了带云台镜头控制的摄像机，特别是球形云台镜头一体化摄像机，这类摄像机可以通过控制云台水平旋转和垂直旋转实现摄像机方位改变和定位，并可通过控制镜头焦距实现变焦，但还不能用这些摄像机直接测量被摄物体(或场景)的深度(即与摄像机的距离)和尺寸。而场景深度是很有用的信息，可用于目标识别和检测、行为分析等。

现有的场景深度测量主要有基于飞行时间、多目成像、单目平移等方法。基于飞行时间的方法是传感器主动向整个场景中每一点发送脉冲或正弦调制光波信号，并检测反射波，通过这两种波的时延或相位差来估算场景中每一个点与传感器之间的距离。这种传感器成本高，不易推广。

传统的通过多目成像立体匹配的方法来估计深度的方法，大都是基于摄像机阵列即多台摄像机对同一景物从不同位置或角度拍摄图像，并根据成像视差来确定物体的深度，以实现对物体三维信息的感知，获取深度。这种方法需要至少二台标定的摄像机，成本也较高，安装也不方便。

现阶段基于单目摄像机对空间点进行深度测量的研究，主要是通过控制摄像机做平移运动，利用平移向量和极点信息来线性求解内参数，与多目成像立体匹配估计深度原理相同。但摄像机平移运动机械结构复杂，不适用于视频监控系统应用。

发明内容

本发明提出一种基于单目摄像机的测量深度、深度场以及被测物体大小的方法，可利用现已大量安装使用的带有旋转云台的普通视频监控摄像机，实现物体深度及实际尺寸的测量，有效地解决了视频监控中的测量问题。

本发明提供了一种基于单目摄像机的深度测量的方法，利用云台旋转测量静止物体的深度信息，其特征在于，它采用如下步骤获得物体深度：

(1)对于给定的摄像机方位和镜头焦距f，也即给定的视场，采集图像A；

(2)通过云台控制摄像机水平或垂直旋转一角度θ，采集图像B；

(3)对于物点Q，在图像A中像点为Q’(x₁，y₁)，利用图像匹配算法找到其在图像B中像点Q”(x₂，y₂)，其中图像坐标原点与光轴重合；

(4)按如下公式计算物点Q的深度Z：

Z=2L/[μv||Q′-Q′′||cotθ+μv||Q′-Q′′||2cot2θ-4Q′rQ′′r-2]]>