[发明专利]一种基于特征物体和光流法的运动相机测速方法

说明书

一种基于特征物体和光流法的运动相机测速方法，对单目相机的平面视频，先进行畸变矫正，再用光流法对视频中静止的特征物体进行跟踪，结合特征物体的信息，获得高速运动相机的速度。本发明提供了一种解决在普通单目镜头的平面视频中，提取运动相机的速度信息的方案，利用畸变矫正以及特征物体的信息实现远距离测高速，在与特征物体的距离不超过100m且运动速度不超过300km/h时，误差可控制在1％以内。

技术领域

本发明属于智能测量领域，涉及针对视频的运动相机测速方法，具体为一种基于特征物体和光流法的运动相机测速方法。

背景技术

随着智能手机的兴起，大量的移动设备都带有摄像头可以随时录制视频，因此产生了很多可供分析的视频数据，对于这些普通单目平面视频，视觉情报分析人员往往只能通过肉眼观察的方式进行分析，制约了情报分析的效率，而从视频图像中提取视物体的速度是视觉情报分析工作的重要内容之一。

早期的物体测速主要使用雷达、激光、红外线、超声波等方式，这些测量方法对于设备的要求较高，且容易受到环境的影响，而且这些设备通常本身是静止状态，因此测速范围具有着一定的指向性，导致灵活性不足。而且有时我们感兴趣的是设备持有者的运动状态，这无法通过上述方法进行分析。近年来，计算机视觉理论与方法的长足发展，使得通过视频来对运动相机的速度进行检测成为了可能。

目前，大部分的研究工作都集中在使用双目或多目视觉系统或者特殊配置的单目视觉系统获取视觉信息，无论是单目视觉还是双目视觉系统，都需要标定相机的内外参数。并且，对于单目视觉系统，为了提高测速准确率，依赖于场景内的测速线感应装置，需要在特定的场景下，如高速公路、赛道等，才能发挥作用，且自身的速度信息无法获取。双目视觉系统可以通过双目镜头产生的深度信息获取物体移动的距离，能够通过对静止物体的相对位移距离的测量，获取自身的速度，但是存在着设备成本高，视频来源单一的问题。因此在很多情况下，视觉情报分析人员所能利用的，大多还是是普通的单目相机得到的图像或视频。

本发明所涉及的基于特征物体和光流法的运动相机测速方法，提供了一种解决在普通单目的平面视频中，提取运动相机的速度信息的方案，实现了在相机高速运动的情况下，精确获取相机运动的速度信息。

发明内容

本发明要解决的问题是：解决如何在普通单目的平面视频时，在较大速度范围内精确提取运动相机速度信息的问题，精确测量高速运动下相机的速度。

本发明的技术方案为：一种基于特征物体和光流法的运动相机测速方法，对单目相机的平面视频，先进行畸变矫正，再用光流法对视频中静止的特征物体进行跟踪，结合特征物体的信息，获得高速运动相机的速度。

作为优选方式，本发明包括以下步骤：

1)对于输入的视频，获取视频的帧率dt；

2)对于输入的视频提取关键帧，选出具有特征物体的相邻两帧视频帧，特征物体相机运动方向上的实际长度L_real已知，对特征物体的关键点进行畸变矫正；再测量矫正后特征物体的在相机运动方向上的像素长度L_pixel，利用光流法跟踪特征物体的矫正后的关键点，获取关键点像素在水平和竖直方向上的速度u和v；

3)计算相邻帧中运动相机的速度v_p：

4)重复步骤2)和3)，取N组相邻帧，得到N组v_p，计算N组v_p的平均值作为运动相机的速度V_camera。