[发明专利]一种车载单目图像中静止目标三维信息获取方法

权利要求书

1.一种车载单目图像中静止目标三维信息获取方法，其特征在于：在车辆上安装摄像头用于对车头前方的静止目标拍摄成像；车辆在行驶过程中，摄像头按照设定的时间间隔Tim对静止目标进行拍摄成像；对摄像头拍摄到的连续三帧图像分别提取特征点，对各帧图像提取到的特征点作相似度匹配运算，获取所有的匹配队列；选择其中一个匹配队列获取其对应的相机平移矩阵，根据相机平移矩阵计算静止目标在连续三帧图像中分别对应的三维空间坐标；

其中，获取相机平移矩阵的步骤包括：

在连续三帧图像中即在第一帧图像、第二帧图像以及第三帧图像中分别建立空间坐标系：分别以当前帧图像对应的相机所在位置为空间坐标系的原点；空间坐标系中的X、Y轴分别为与图像坐标系的x、y轴平行，空间坐标系中的Z轴与相机的靶面垂直；

设第一帧图像到第二帧图像的相机平移矩阵为，由于在第一帧图像到第二帧图像这极短的拍摄间隔时间内汽车做匀速直线运动，因此有：

(1)

(2)

(3)

其中，L是第一帧图像到第三帧图像时汽车移动的距离，根据摄像头拍摄连续三帧图像时对应的当前车速Vel和时间间隔Tim计算第一帧图像到第三帧图像时汽车移动的距离L，其中L = 2*Vel*Tim；所选择的匹配队列N1在第一帧图像中对应的特征点在图像坐标系中图像坐标为，在空间坐标系中对应的空间坐标为；所选择的匹配队列N1在第二帧图像中对应的特征点在图像坐标系中图像坐标为，在空间坐标系中对应的空间坐标为；所选择的匹配队列N1在第三帧图像中对应的特征点在图像坐标系中图像坐标为，在空间坐标系中对应的空间坐标为；

由相机成像公式：

有如下等式成立：

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

其中，a和b 分别为像素单元在图像坐标系其x,y方向上的尺寸单元，fx,fy分别为相机在图像坐标系其x,y方向上的焦距，（u0,v0 ）为成像平面上x,y方向的中心，这些均是相机内置参数，均为已知参数；

通过联立公式(2)、(3)、(4)、(5)和(6)，得到Z1与Tz的关系以及Tx和Tz的关系；

即

令，则可得：

(9)

即

令，则可得：

(10)；

通过联立(2)、(3)、(7)、(8)和(9)，得到Tz与Ty的关系即:

即

令，则可得：

(11)；

通过公式(1)、(10)和(11)计算得到相机平移矩阵中的Tx，Ty和Tz：

；；。

2.根据权利要求1所述的车载单目图像中静止目标三维信息获取方法，其特征在于：摄像头的成像面与车辆的行驶面垂直。

3.根据权利要求1所述的车载单目图像中静止目标三维信息获取方法，其特征在于：采用harris、sift或surf角点提取算法对摄像头拍摄到的连续三帧图像分别提取特征点。

4.根据权利要求1所述的车载单目图像中静止目标三维信息获取方法，其特征在于：设定相似度匹配阈值，若连续三帧图像中的第一帧图像中的特征点A、第二帧图像中的特征点A’和三帧图像中的特征点A’’ 作相似度匹配运算得到的相似度值大于或等于设定的相似度匹配阈值，则这三个特征点组成一个匹配队列。

5.根据权利要求1所述的车载单目图像中静止目标三维信息获取方法，其特征在于：选择相似度匹配运算中相似度值最高的那一组特征点组成的匹配队列，获取其对应的相机平移矩阵。

6.根据权利要求1或5所述的车载单目图像中静止目标三维信息获取方法，其特征在于：

第一帧图像中，静止目标在空间坐标系中对应的三维空间坐标为Zx,Xx,Yx：

在第二帧图像中，静止目标在空间坐标系中对应的三维空间坐标为Zx’ , Xx’, Yx’：

Zx’= Zx+Tz

Xx’= Xx+Tx

Yx’ = Xx+Ty

在第三帧图像中，静止目标在空间坐标系中对应的三维空间坐标为Zx’’ ,Xx’’ ,Yx’’：

Zx’’= Zx+2*Tz

Xx’’ = Xx+2*Tx

Yx’’= Xx+2*Ty。