[发明专利]单副图像测量前景高度的方法

摘要

本发明公开了一种利用单摄像头传回的图片，自动测量前景物体高度的新方法。此方法采用数字图像处理技术，在计算前景高度的过程中，首先通过标定，取得图像平面和世界坐标系之间像素点的映射关系，即计算出：单应矩阵HgMatix，竖直方向的消影点mv，横向的消影点mx，纵向的消影点my，进而计算出世界坐标系和图像平面坐标系之间的投影矩阵ProMatix；然后，取得前景区域的高点highnod和低点lownod，再计算绝对高点truehigh及高点highnod在地平面上的投影点即绝对低点truelow；最后计算出绝对高点truehigh的Z值和lownod与truelow所对应的时间坐标点之间的距离值，通过勾股定理，就可取得前景物体高度的较精确的估计值。此方法解决了倾斜前景物体的高度测量问题，提高前景物体高度估计测量的精确度；又由于本方法采用的是单摄像头的测量方法，降低了实际应用时的成本。

主权项

单副图像测量前景高度的方法，设备由待校正的成像系统，普通PC机，标定模版组成；其中成像系统可以是相机或摄像机等(本文采用的是摄像头)；标定模版为自制的黑白起棋盘板。其步骤如下：1.实现步骤：本发明方法(010)部分，得到世界坐标系的地平面与图像平面之间的单应矩阵Hg，以及垂直方向的消影点mvPoint，横向消影点mxPoint，纵向消影点myPoint，具体步骤如下：步骤C011：开始，利用摄像头拍摄标定模板包含的棋盘纸，这里要拍摄的包含两个方向的标定模板图像，水平放置即放置在地平面上的标定模板图像plane_Img，和垂直地平面放置的垂直模板图像vertical_Img。通过普通PC机读取包含这两个方向的标定模板的图片——之后摄像头固定不动。步骤C012：对于水平放置的标定模板图像plane_Img，找到模板图像plane_Img上的角点及其在图像平面上的坐标corner[i*j]，并显示出来；对于垂直放置的标定模板图像vertical_Img，找到模板图像vertical_Img上的角点及其在图像平面上的坐标corner_1[i*j]，并显示出来；其中i＝1，2，…，m，这里m表示网格上横向角点个数，j＝1，2，…，n，这里n表示网格上纵向角点个数；步骤C013：接着上步C012得出的corner[i*j]，假定找到的第一个角点坐标对应的地平面齐次坐标为(0，0，0，1)，第二个角点坐标对应的地平面齐次坐标为(0，1，0，1)，依次类推，找出每个图像平面上角点对应的地平面坐标。根据这些相对应的点，计算出图像平面与地平面之间的单应矩阵HgMatix。步骤C014：接着C012得出的corner[i*j]，分别拟合横向直线和纵向直线，由拟合出的一系列横向直线，应用最小二乘，算出它们的交点即横向消影点mxPoint；由拟合出的一系列纵向直线，应用最小二乘，算出它们的交点即纵向消影点myPoint；步骤C015：接着C012得出的corner_1[i*j]，拟合出纵向直线，由拟合出的一系列纵向直线，应用最小二乘，算出它们的交点即垂直方向的消影点mvPoint；本发明方法(020)部分，计算摄像头的内部参数Intri和世界坐标系与图像平面坐标系之间的投影矩阵ProMatix，具体步骤如下：步骤C021：根据步骤C013得到的单应矩阵Hg和步骤C015得到的mvPoint，由单应矩阵与摄像头内参数之间的关系、旋转矩阵的特性，列出三组线性方程，计算出内部参数Intri。步骤C022：根据步骤C013得到的单应矩阵HgMatix和步骤C015得到的mvPoint，以及步骤C021得出的Intri，由单应矩阵HgMatix与投影矩阵ProMatix、垂直方向消影点mvPoint之间的关系，计算出世界坐标系与图像平面坐标系之间的投影矩阵ProMatix。本发明方法(030)部分，计算前景的高度high具体步骤如下：步骤C031：对于前景的提取，不同的应用环境有不同的方法。本文采用的是高斯混合模型的前景提取法，提取前景区域front_Img。步骤C032：计算垂直消影点mvPoint和前景区域front_Img所有点之间的距离，取最大值hH和最小值1H对应的图像点。如果消影点的纵向值大于零，则取最大值对应的点为最高点highnod，最小值对应的图像点为最低点lownod；如消影点的纵向值小于零，则相反。步骤C033：计算C032中最大值hH和最小值1H的差值length，在最低点lownod和垂直消影点mvPoint连线上，从最低点lownod向最高点所在方向取长度为length的线段，交点为绝对高点truehigh；步骤C034：垂直消影点mvPoint与最高点highnod的连线L1，横向消影点mxPoint与最低点lownod的连线L2，纵向消影点myPoint与最低点lownod的连线L3；分别计算L1与L2的交点P1和L1与L3的交点P2；再计算lownod与P1的距离和lownod与P2的距离，取其距离值小者对应的交点(P1或P2)作为绝对低点truelow；步骤C035：根据单应矩阵HgMatix计算最低点lownod和绝对低点truelow在地平面上的坐标，并计算出在地平面上的距离lengthL；由算出的最低点lownod对应在地平面上的坐标和绝对高点truehigh，计算出绝对高点truehigh在世界坐标系上的Z值truehighZ；步骤C036：上步的lengthL和truehighZ，根据勾股定理，计算出图像上最高点highnod和最低点lownod对应的世界坐标系中的距离，即前景的高度high。