[发明专利]基于标识虚线物理坐标的交通监控模型标定方法及系统

权利要求书

1.一种基于标识虚线物理坐标的交通监控模型标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)对未知内参矩阵的交通摄像机，通过VLH自标定算法确定交通摄像机的内参矩阵；

2)利用步骤1)所确定的内参矩阵与监控视频中标识虚线的四个控制点在视频中的坐标与世界坐标系下的对应关系计算交通摄像机的姿态参数；

3)将步骤2)执行后得到交通摄像机的姿态参数传递到交通监控模型中，利用交通监控模型对摄像机的姿态进行相应分析计算，得到正确的道路监控结果；

步骤1)具体包括以下步骤：

步骤一：摄像机自标定；

根据摄像机标定原理得到关系：

其中，fx、fy为在图像坐标系下x轴方向上的缩放比例与在y轴方向上的缩放比例；f为摄像机焦距；h为摄像机中心点距离地面高度；φ为摄像机的倾斜角；(x,y,z)为世界坐标系下的点；α为系数；利用公式(1)将世界坐标系下点转换为摄像机坐标，则道路平面上的点(x,y,0)投影到图像上的点坐标为(u,x)：

步骤二:根据交通道路上标识虚线的四个控制点可以得到其在交通流方向的灭点坐标为(u₀,v₀)，其存在关系如下：

其中，θ为摄像机的摇动角；

根据式(2)、式(3)、式(4)、式(5)初步得出摄像机参数的表达式：

步骤三：根据VLH算法，已知灭点坐标、标识虚线长度L以及摄像机距离地面高度H通过上述公式可以推导出：

f⁴+[u₀²+2v₀²-k_L²]f²+(u₀²+v₀²)v₀²＝0 (10)

其中，κ＝(v_f-v₀)(v_b-v₀)/(v_f-v_b)，v_f为路面平行于交通流量方向的路段上一段长度l前点坐标投影到图像坐标的Y轴值；v_b为路面平行于交通流量方向的路段上有一段长度l后点坐标投影到图像坐标的Y轴值；

对该公式(10)进行求解f得到内参矩阵；

步骤2)具体包括以下步骤：通过读入姿态估计所用监控视频，在监控视频中标定四个点，利用四个点和已知的摄像机的参数矩阵采用P4P的方法对摄像机进行姿态估计；

步骤2)具体的数学计算推导过程为：

根据摄像机标定原理中得到的公式：

其中Z_c为图像坐标系下Z轴坐标，(u0,v0)为图像中心坐标，R为3×3的旋转矩阵，T为3×1的平移矩阵，(X_w,Y_w,Z_w)为世界坐标系下的点，(x,y)为世界坐标系对应在图像中的坐标；将公式(11)带入整理得到一下方程组：

计算求解上式方程组的R矩阵和T矩阵，摄像机的旋转矩阵和平移矩阵，求解出交通监控摄像机的姿态参数。

2.根据权利要求1所述的一种基于标识虚线物理坐标的交通监控模型标定方法，其特征在于，步骤2)中：采集不同姿态下的监控视频，在使用交通摄像机进行上下摇动和左右摆动进行拍摄，获取不同角度下的监控视频。

3.根据权利要求1所述的一种基于标识虚线物理坐标的交通监控模型标定方法，其特征在于，步骤3)中：在交通监控模型方法中，采用OpenGL进行仿真设计，摄像机底部距离道路的垂直距离为d，摄像机底部到摄像机的高度为h，在OpenGL空间坐标系中摄像机所在的空间位置中在X轴的坐标位置为0；模拟的摄像机所在的空间坐标为(0，d，h)，当确定摄像机位置后，进行测量摄像机的光轴与道路的交点坐标。