[发明专利]基于计算机视觉的空间物体定位和测量的方法和系统

说明书

本发明提出了基于计算机视觉的空间物体定位和测量的方法和系统，本发明所述方法依据投影几何的投影比例原理，通过确定已知对比物的物像比例关系计算目标的实际尺寸和空间位置，本发明命名此方法为“物像关系比例法”。本发明所述系统包括图像采集平台和数据处理平台，其中图像采集平台包括相机或摄像机；数据处理平台包括电脑和软件，软件包括图像处理软件和依据本方法设计的相应计算公式。本发明所述方法首先采集对比物的物理尺寸参数并对相机进行标定取得相机焦距f，将上述参数输入参数库；采集平台采集图像或视频，数据处理平台计算对比物的物像关系比例；依据物像关系比例计算目标的相应物理尺寸并定位目标的三维空间位置。

技术领域

本发明属于计算机视觉技术领域，涉及一种基于计算机视觉技术的三维空间物体定位和测量的方法和系统。

背景技术

基于图像和视频的三维空间物体定位和测量方式，目前基本分为单目视觉、双目视觉、结构光镜头和TOF(Time of Flight)景深镜头。双目视觉测量存在图像配准难题；而单目视觉在测量上又分为基于投影几何交比不变原理的未标定相机测量技术和基于相机标定的测量技术，两者都需要辅助的三维场景信息（如：提取一组平行线计算某个维度的隐消点，设置参考长度提供计算参量，或对场地进行标定）；结构光镜头和TOF景深镜头都是通过对目标发射和接受反馈光线确定物体景深，存在障碍物即无法有效工作、目前的技术工作范围较小、对运动物体效果较差。综上，目前的测量方法都存在一定的问题，在应用上或者受到设备本身的制约或者受到场景的制约，限制条件较多、存在较大的局限性。

发明内容

本发明提出了基于计算机视觉的空间物体定位和测量的方法和系统，本发明所述方法依据投影几何的投影比例原理，通过确定已知对比物或目标物体的物像关系比例λ计算目标的实际尺寸和空间位置，本发明命名此方法为“物像关系比例法”。现实生活中，由于工业化的生产，标准化的物体尺寸随处可见，故此“物像关系比例法”具备广泛的应用价值和广泛的应用领域。

本发明所述系统包括图像采集平台和数据处理平台。其中图像采集平台包括相机或摄像机，数据处理平台包括电脑和软件，软件包括图像处理软件和依据本方法设计的相应计算公式。本发明所述方法首先采集对比物或目标物体的物理尺寸参数并对相机进行标定取得相机焦距f，将上述参数输入参数库；采集平台采集图像或视频，数据处理平台计算对比物的物像关系比例λ；依据物像关系比例λ计算目标的相应物理尺寸并定位目标的空间位置。

本发明所述系统运行如下：

获取测量场景中的任一相应刚性对比物物理参数如：电线杆长度，垃圾箱的尺寸、窨井盖的直径、地面斑马线的宽度长度、地砖的长宽等，获取相机焦距f；参数预输入数据处理平台。

依据投影几何的投影比例原理，可知三角形ABO_c与三角形OCO_c相似，三角形PBO_c与三角形pCO_c相似；所以有等式（1）：AB/OC=AO_c/OO_c=PB/pC=X_c/x=Y_c/y=Z_c/f,其中f=OO_c;

计算对比物体物理尺寸与其在图像坐标系中的图像尺寸的比例，即本发明所述“物像关系比例”λ；

由等式（1），依据物像关系比例λ*目标物体在图像坐标系中的图像尺寸，可得目标物体物理尺寸；

由等式（1），依据物像关系比例λ*相机焦距f，可得相机镜头与目标物体所在近似平面的距离Z_c；

由等式（1），依据物像关系比例λ*目标物体的图像坐标x，可得目标物体的相机坐标系坐标X_c;

由等式（1），依据物像关系比例λ*目标物体的图像坐标y,可得目标物体的相机坐标系坐标Y_c;