一種單目視覺(jué)測(cè)量方法與裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種單目視覺(jué)測(cè)量方法，該方法包括步驟：S1、獲取成像設(shè)備所拍攝的圖像；S2、計(jì)算所述圖像在X軸、Y軸和Z軸方向上的消失點(diǎn)；S3、根據(jù)相機(jī)標(biāo)定公式和所述消失點(diǎn)計(jì)算圖像從世界坐標(biāo)到圖像坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換矩陣；S4、提取所述圖像中的待檢測(cè)目標(biāo)以及參考物體的距離和高度；S5、根據(jù)所述參考物體的距離、高度和所述轉(zhuǎn)換矩陣計(jì)算從圖像坐標(biāo)到世界坐標(biāo)的逆矩陣；S6、根據(jù)所述逆矩陣計(jì)算待檢測(cè)目標(biāo)的高度和寬度。本發(fā)明還公開(kāi)一種單目視覺(jué)測(cè)量裝置。本發(fā)明測(cè)量方法和裝置無(wú)需使用標(biāo)定板，標(biāo)定過(guò)程更加靈活方便。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種單目視覺(jué)測(cè)量方法與裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)圖像處理領(lǐng)域，特別是涉及一種單目視覺(jué)測(cè)量方法與裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]視覺(jué)測(cè)量技術(shù)是計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的關(guān)鍵應(yīng)用之一。在視覺(jué)測(cè)量技術(shù)中，采用畸變小、低噪聲的圖像傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)快速的圖像采集，并通過(guò)圖像處理系統(tǒng)對(duì)采集的圖像進(jìn)行分析處理來(lái)完成目標(biāo)的測(cè)量。視覺(jué)測(cè)量根據(jù)攝像機(jī)的數(shù)量可以分為單目、雙目和多目視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)。單目視覺(jué)測(cè)量通過(guò)相機(jī)拍攝被測(cè)物體，通過(guò)圖像處理獲得被測(cè)物體的成像信息，通過(guò)二維成像平面與三維物體空間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，獲得被測(cè)物體的尺寸信息，由于二維成像平面丟失了被測(cè)物體的深度信息，無(wú)法完全獲得三維物體尺寸的信息，我們需要對(duì)目標(biāo)增加相應(yīng)的約束來(lái)測(cè)量目標(biāo)尺寸。視覺(jué)測(cè)量可以應(yīng)用于目標(biāo)識(shí)別、目標(biāo)尺寸檢測(cè)和其他(如完整性檢測(cè))。視覺(jué)測(cè)量技術(shù)中的重要技術(shù)包括相機(jī)標(biāo)定技術(shù)和圖像處理技術(shù)。通過(guò)相機(jī)標(biāo)定，得到相機(jī)的內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)，能夠把三維構(gòu)建模型確定。傳統(tǒng)的相機(jī)標(biāo)定方法需要通過(guò)選取場(chǎng)景中的標(biāo)定點(diǎn)以及圖像中的坐標(biāo)來(lái)進(jìn)行相機(jī)標(biāo)定，通過(guò)建立線性或者非線性方程來(lái)求解相機(jī)的參數(shù)。但傳統(tǒng)的相機(jī)標(biāo)定方法需要用到標(biāo)定板，因此標(biāo)定的過(guò)程復(fù)雜，并且在一些場(chǎng)合如如在高速公路上，繁忙的馬路下無(wú)法使用標(biāo)定板，因此就無(wú)法完成目標(biāo)物的測(cè)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種不需要標(biāo)定板就能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物視覺(jué)測(cè)量的單目視覺(jué)測(cè)量的方法與裝置。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0005]一種單目視覺(jué)測(cè)量方法，包括步驟:S1、獲取成像設(shè)備所拍攝的圖像；S2、計(jì)算所述圖像在X軸、Y軸和Z軸方向上的消失點(diǎn)；S3、根據(jù)相機(jī)標(biāo)定公式和所述消失點(diǎn)計(jì)算圖像從世界坐標(biāo)到圖像坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換矩陣；S4、提取所述圖像中的待檢測(cè)目標(biāo)以及參考物體的距離和高度；S5、根據(jù)所述參考物體的距離、高度和所述轉(zhuǎn)換矩陣計(jì)算從圖像坐標(biāo)到世界坐標(biāo)的逆矩陣；S6、根據(jù)所述逆矩陣計(jì)算待檢測(cè)目標(biāo)的高度和寬度。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的另一技術(shù)方案為:
[0007]—種單目視覺(jué)測(cè)量裝置，包括圖像獲取模塊、消失點(diǎn)計(jì)算模塊、轉(zhuǎn)換矩陣生成模塊、提取模塊、逆矩陣生成模塊和計(jì)算模塊；所述圖像獲取模塊用于獲取成像設(shè)備所拍攝的圖像；所述消失點(diǎn)計(jì)算模塊用于計(jì)算所述圖像在X軸、Y軸和Z軸方向上的消失點(diǎn)；所述轉(zhuǎn)換矩陣生成模塊用于根據(jù)相機(jī)標(biāo)定公式和所述消失點(diǎn)計(jì)算圖像從世界坐標(biāo)到圖像坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換矩陣；所述提取模塊用于提取所述圖像中的待檢測(cè)目標(biāo)以及參考物體的距離和高度；所述逆矩陣生成模塊用于根據(jù)所述參考物體的距離、高度和所述轉(zhuǎn)換矩陣計(jì)算從圖像坐標(biāo)到世界坐標(biāo)的逆矩陣；所述計(jì)算模塊用于根據(jù)所述逆矩陣計(jì)算待檢測(cè)目標(biāo)的高度和寬度。
[0008]本發(fā)明的有益效果為:區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)中通過(guò)標(biāo)定板進(jìn)行目標(biāo)物的視覺(jué)測(cè)量，本發(fā)明通過(guò)計(jì)算圖像的消失點(diǎn)得到從世界坐標(biāo)到圖像坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換矩陣，并根據(jù)參考物體的距離、高度和所述轉(zhuǎn)換矩陣計(jì)算從圖像坐標(biāo)到世界坐標(biāo)的逆矩陣，從而計(jì)算出待檢測(cè)目標(biāo)的高度和寬度。本發(fā)明單目視覺(jué)測(cè)量方法無(wú)需使用標(biāo)定板，檢測(cè)方便，應(yīng)用范圍廣。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為本發(fā)明一實(shí)施方式中單目視覺(jué)測(cè)量方法的方法流程圖；
[0010]圖2為本發(fā)明一實(shí)施方式中單目視覺(jué)測(cè)量裝置的功能結(jié)構(gòu)框圖；
[0011]圖3為本發(fā)明一實(shí)施方式中具體示例的圖像；
[0012]圖4為本發(fā)明一實(shí)施方式中交比定律的示意圖；
[0013]主要標(biāo)號(hào)說(shuō)明:
[0014]10-圖像獲取模塊；20_消失點(diǎn)計(jì)算模塊；30_轉(zhuǎn)換矩陣生成模塊；40_提取模塊；50-逆矩陣生成模塊；60_計(jì)算模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0015]為詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所實(shí)現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合實(shí)施方式并配合附圖詳予說(shuō)明。
[0016]名詞解釋:
[0017]相機(jī)標(biāo)定公式:在圖像測(cè)量過(guò)程以及機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用中，為確定空間物體表面某點(diǎn)的三維幾何位置與其在圖像中對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的相互關(guān)系，必須建立相機(jī)成像的幾何模型，這些幾何模型參數(shù)就是相機(jī)參數(shù)。在大多數(shù)條件下這些參數(shù)必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)與計(jì)算才能得到，這個(gè)求解參數(shù)的過(guò)程就稱(chēng)之為相機(jī)標(biāo)定(或攝像機(jī)標(biāo)定)，目前最為流行的離線相機(jī)標(biāo)定算法是Tsai在1987年提出的[Tsai 1987]，Tsai方法使用一個(gè)帶有非共面專(zhuān)用標(biāo)定標(biāo)識(shí)的三維標(biāo)定物來(lái)提供圖像點(diǎn)和其對(duì)應(yīng)的三維空間點(diǎn)的對(duì)應(yīng)并計(jì)算標(biāo)定參數(shù)。
[0018]本發(fā)明的最主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于:通過(guò)圖像的消失點(diǎn)計(jì)算圖像從世界坐標(biāo)到圖像坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換矩陣，并根據(jù)已知的參考物體和從圖像坐標(biāo)到世界坐標(biāo)的逆矩陣計(jì)算出待檢測(cè)目標(biāo)的高度和寬度，本發(fā)明測(cè)量方法無(wú)需使用標(biāo)定板，測(cè)量方便，使用范圍廣。
[0019]請(qǐng)參閱圖1，本實(shí)施方式一種單目視覺(jué)測(cè)量方法，包括步驟:
[0020]S1、獲取成像設(shè)備所拍攝的圖像，其中，所述成像設(shè)備包括攝相機(jī)或照相機(jī)；
[0021]S2、計(jì)算所述圖像在X軸、Y軸和Z軸方向上的消失點(diǎn)；
[0022]在歐氏空間中兩平行直線永不相交，但在射影幾何中兩平行直線相交于無(wú)窮遠(yuǎn)處一點(diǎn)Mm (Χ，Υ，Ζ，0)。該點(diǎn)在圖像上的投影稱(chēng)為消去點(diǎn)。也就是說(shuō)在3維空間中的平行線，在圖像中通常都會(huì)交會(huì)于一點(diǎn)，所以通過(guò)3D中的平行線來(lái)求得圖像中的消失點(diǎn)，其計(jì)算方法是通過(guò)圖像中直線的叉乘來(lái)得到的。首先，通過(guò)人工繪制或者計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢測(cè)的方式，在所述圖像中提取關(guān)鍵線或關(guān)鍵點(diǎn)的信息，其中，所述關(guān)鍵線包括圖像中的平行線，計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢測(cè)關(guān)鍵線的方式包括霍夫變換，計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢測(cè)關(guān)鍵點(diǎn)的方式包括Harris角點(diǎn)檢測(cè)法;
[0023]其次，通過(guò)所述關(guān)鍵線和關(guān)鍵點(diǎn)計(jì)算所述圖像在X軸、Y軸和Z軸方向上的消失點(diǎn)。例如，在3D空間中，直線LI平行于直線L2，相對(duì)于在圖像中心的投影L1、L2，他們的消失點(diǎn)VP為L(zhǎng)I與L2的叉乘結(jié)果，即VP = L1XL2。通過(guò)步驟I中尋找的直線，如果有2條或者2條以上的直線平行，他們必定相交于一個(gè)消失點(diǎn)。分別提取X軸方向，Y軸方向和Z軸方向的消失點(diǎn)。用齊次坐標(biāo)來(lái)表示X軸、Y軸、Z軸方向上的消失方向可以表示為:
【權(quán)利要求】
1.一種單目視覺(jué)測(cè)量方法，其特征在于，包括步驟: 51、獲取成像設(shè)備所拍攝的圖像； 52、計(jì)算所述圖像在X軸、Y軸和Z軸方向上的消失點(diǎn)； 53、根據(jù)相機(jī)標(biāo)定公式和所述消失點(diǎn)計(jì)算圖像從世界坐標(biāo)到圖像坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換矩陣； 54、提取所述圖像中的待檢測(cè)目標(biāo)以及參考物體的距離和高度； 55、根據(jù)所述參考物體的距離、高度和所述轉(zhuǎn)換矩陣計(jì)算從圖像坐標(biāo)到世界坐標(biāo)的逆矩陣； 56、根據(jù)所述逆矩陣計(jì)算待檢測(cè)目標(biāo)的高度和寬度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單目視覺(jué)測(cè)量方法，其特征在于，所述步驟“計(jì)算所述圖像在X軸、Y軸和Z軸方向上的消失點(diǎn)”的具體方法為: 分別獲取所述圖像在X軸、Y軸和Z軸方向的平行線； 分別將所述X軸向、Y軸向和Z軸向的平行線進(jìn)行叉乘，得到X軸、Y軸和Z軸方向上的消失點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單目視覺(jué)測(cè)量方法，其特征在于，所述“分別獲取所述圖像在X軸、Y軸和Z軸方向的平行線”的方法包括通過(guò)人工提取平行線或通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)提取平行線，其中，通過(guò)計(jì) 算機(jī)自動(dòng)提取包括采用霍夫變換提取和采用Harris角點(diǎn)檢測(cè)法提取。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單目視覺(jué)測(cè)量方法，其特征在于，所述“提取所述圖像中的待檢測(cè)目標(biāo)”的具體方法包括:通過(guò)手動(dòng)標(biāo)定待檢測(cè)目標(biāo)和采用移動(dòng)目標(biāo)提取來(lái)選定待檢測(cè)目標(biāo)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單目視覺(jué)測(cè)量方法，其特征在于，所述成像設(shè)備包括攝像機(jī)和照相機(jī)。
6.一種單目視覺(jué)測(cè)量裝置，其特征在于，包括圖像獲取模塊、消失點(diǎn)計(jì)算模塊、轉(zhuǎn)換矩陣生成模塊、提取模塊、逆矩陣生成模塊和計(jì)算模塊； 所述圖像獲取模塊用于獲取成像設(shè)備所拍攝的圖像； 所述消失點(diǎn)計(jì)算模塊用于計(jì)算所述圖像在X軸、Y軸和Z軸方向上的消失點(diǎn)； 所述轉(zhuǎn)換矩陣生成模塊用于根據(jù)相機(jī)標(biāo)定公式和所述消失點(diǎn)計(jì)算圖像從世界坐標(biāo)到圖像坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換矩陣； 所述提取模塊用于提取所述圖像中的待檢測(cè)目標(biāo)以及參考物體的距離和高度； 所述逆矩陣生成模塊用于根據(jù)所述參考物體的距離、高度和所述轉(zhuǎn)換矩陣計(jì)算從圖像坐標(biāo)到世界坐標(biāo)的逆矩陣； 所述計(jì)算模塊用于根據(jù)所述逆矩陣計(jì)算待檢測(cè)目標(biāo)的高度和寬度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的單目視覺(jué)測(cè)量裝置，其特征在于，所述消失點(diǎn)計(jì)算模塊包括平行線獲取單元和叉乘單元； 所述平行線獲取單元用于分別獲取所述圖像在X軸、Y軸和Z軸方向的平行線； 所述叉乘單元用于分別將所述X軸向、Y軸向和Z軸向的平行線進(jìn)行叉乘，得到X軸、Y軸和Z軸方向上的消失點(diǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的單目視覺(jué)測(cè)量裝置，其特征在于，所述平行線獲取單元通過(guò)人工提取平行線或通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)提取平行線，其中，通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)提取包括采用霍夫變換提取和采用Harris角點(diǎn)檢測(cè)法提取。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的單目視覺(jué)測(cè)量裝置，其特征在于，所述提取模塊通過(guò)手動(dòng)標(biāo)定待檢測(cè)目標(biāo)或采用移動(dòng)目標(biāo)提取來(lái)選定待檢測(cè)目標(biāo)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的單目視覺(jué)測(cè)量裝置，其特征在于，所述成像設(shè)備包括攝像機(jī)和照相機(jī)。
【文檔編號(hào)】G01B11/03GK104034269SQ201410289045
【公開(kāi)日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年6月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月24日
【發(fā)明者】陳雁, 劉春秋, 林昶榮, 陳敏, 胡祝銀, 孫凱 申請(qǐng)人:深圳市賽為智能股份有限公司