專利名稱：用于監(jiān)測(cè)空間體積的方法和設(shè)備以及標(biāo)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于監(jiān)測(cè)包含多個(gè)相機(jī)的空間體積的方法和設(shè)備，其 中，這些相機(jī)關(guān)于待監(jiān)測(cè)空間體積這樣成對(duì)布置，使得可以在各種情 況下通過將一對(duì)相機(jī)的相機(jī)圖像疊加來產(chǎn)生三維空間圖像。
背景技術(shù)：
從US 2005/0249382 Al中，事先已知一種相應(yīng)方法。上述美國專 利涉及一種包含外門和內(nèi)門的過道隔間。在該過道隔間內(nèi)，在這兩個(gè) 門的區(qū)域中分別設(shè)有一個(gè)待監(jiān)測(cè)區(qū)域，其中各所述區(qū)域被一對(duì)相機(jī)監(jiān) 測(cè)。每個(gè)所述相機(jī)對(duì)具有在視野中被其監(jiān)測(cè)的區(qū)域，并進(jìn)一步能夠計(jì) 算待監(jiān)測(cè)區(qū)域的三維模型。為了監(jiān)測(cè)從過道隔間經(jīng)過，首先，檢查是 否有人位于外門前部的待監(jiān)測(cè)區(qū)域中。 一旦發(fā)生這種情況，同時(shí)檢查 是否有人又逗留在內(nèi)門前部的待監(jiān)測(cè)區(qū)域中。相應(yīng)地，在進(jìn)入行為中， 假如沒有人位于待監(jiān)測(cè)區(qū)域中，那么接著僅外門被打開，而在只有一 個(gè)人位于待監(jiān)測(cè)區(qū)域中的情況下，接著僅通往待保護(hù)區(qū)域的內(nèi)門才會(huì) 打開。
借助于相機(jī)對(duì)分別產(chǎn)生待監(jiān)測(cè)區(qū)域的兩個(gè)二維圖像，借助這些二 維圖像，可以通過確定三維空間點(diǎn)來確定位于該區(qū)域中的元素。隨后， 通過將以這種方式確定的三維元素與事先存儲(chǔ)的模型進(jìn)行比較，來確 定是否有一個(gè)人位于待監(jiān)測(cè)區(qū)域中。
上面描述的方法本質(zhì)上基于以下構(gòu)思借助于三維空間圖像檢測(cè) 系統(tǒng)來監(jiān)測(cè)兩個(gè)分離的區(qū)域，并能夠根據(jù)適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)來控制以這種方 式實(shí)現(xiàn)的過道隔間的門。該方法的本質(zhì)意義主要是，避免在過道隔間 的被保護(hù)側(cè)在已為一個(gè)人打開后，實(shí)際上同時(shí)進(jìn)入數(shù)個(gè)人?；谝褎?chuàng) 建的各區(qū)域的三維圖像，預(yù)先辨識(shí)與第一人"背負(fù)式"進(jìn)入的第二人。 為此目的，各相機(jī)對(duì)的布置設(shè)在過道隔間的門的上方，以使例如站在 第 一人后方的第二人可以被該相機(jī)對(duì)同時(shí)檢測(cè)到。
然而，盡管有這個(gè)有利布置，但是第一人后方的陰影區(qū)域中仍有空間點(diǎn)不能4皮各相機(jī)對(duì)看到。同樣的元素仍可逗留在這個(gè)區(qū)域，該元 素應(yīng)該能夠被該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以有利方式檢測(cè)到。
此外，由一個(gè)相機(jī)對(duì)的多個(gè)二維圖像疊加而成的三維模型的計(jì)算， 對(duì)為此目的而設(shè)的計(jì)算機(jī)硬件提出很高的要求，而且，對(duì)于以這種方 式實(shí)現(xiàn)的過道隔間的建立，這提出實(shí)質(zhì)性的費(fèi)用問題。
針對(duì)這個(gè)背景，本發(fā)明的任務(wù)是，實(shí)現(xiàn)一種用于監(jiān)測(cè)空間體積的 方法和設(shè)備以及教授一種用于標(biāo)定所用相機(jī)對(duì)的方法，借此空間體積 的監(jiān)測(cè)得到進(jìn)一步改進(jìn)并且在改進(jìn)效果的同時(shí)得到技術(shù)上的簡化。

發(fā)明內(nèi)容
這個(gè)任務(wù)借助根據(jù)主權(quán)利要求的特征的用于監(jiān)測(cè)空間體積的設(shè)
備，以及根據(jù)補(bǔ)充權(quán)利要求17的特征的用于監(jiān)測(cè)空間體積的方法，和 根據(jù)補(bǔ)充權(quán)利要求10的特征的用于標(biāo)定相機(jī)對(duì)的方法來實(shí)現(xiàn)。設(shè)備和 方法的其他實(shí)施方案可以分別從從屬權(quán)利要求中得出。
才艮據(jù)本發(fā)明，至少兩對(duì)相機(jī)被布置在待監(jiān)測(cè)空間體積的上方，每 對(duì)所述相機(jī)的視線區(qū)域至少盡可能上覆蓋待監(jiān)測(cè)空間區(qū)域。從而實(shí)現(xiàn) 就此而論，可以將這兩個(gè)相機(jī)對(duì)布置為彼此相對(duì)，使得即使在對(duì)象被 引入之后或一個(gè)人進(jìn)入之后以及投下了由此產(chǎn)生的視陰影之后，仍可 以最大可能程度地看到待監(jiān)測(cè)空間區(qū)域。相應(yīng)地，例如布置三個(gè)或四 個(gè)相機(jī)對(duì)布置用于監(jiān)測(cè)空間區(qū)域也是可能的，其中特別地這些相機(jī)對(duì) 的均勻分布看來是完全合理的。每個(gè)相機(jī)都提供產(chǎn)生一個(gè)單獨(dú)的相機(jī) 圖像，其中各相機(jī)對(duì)的圖像可以被這樣組合成一個(gè)立體圖像，使得產(chǎn)
生三維空間圖像。借助于各個(gè)所述三維圖像，可以建立待監(jiān)測(cè)空間區(qū) 域的高度輪廓，其中圖像上的因所投下的陰影而不能被辨識(shí)的點(diǎn)可以 被其他相機(jī)對(duì)的視線區(qū)域中的點(diǎn)補(bǔ)充?；诓煌臻g圖像的這個(gè)疊加， 產(chǎn)生待監(jiān)測(cè)區(qū)域的盡可能完全的高度輪廓，繼而來自模型庫的模型可 以借助于與該高度輪廓與來自模型庫的模型進(jìn)行比較。在能將一個(gè)模 型插入該已產(chǎn)生的高度輪廓之后，接著嘗試將其他模型插入該輪廓的 任意剩余區(qū)域。只要高度輪廓一旦盡可能完全填充，辨識(shí)過程就完成 了?；谒玫哪Ｐ?，現(xiàn)在可以由此得出結(jié)論，有多少個(gè)人和/或?qū)ο?存在于待監(jiān)測(cè)區(qū)域中。有利的是，相機(jī)對(duì)布置在待監(jiān)測(cè)空間體積的上方或至少在其上部 區(qū)域，以使得存在于待監(jiān)測(cè)空間區(qū)域中的任何對(duì)象以盡可能遠(yuǎn)的距離 被相機(jī)對(duì)檢測(cè)。此外，從升高的位置向下可以得到更合適的視角，待 監(jiān)測(cè)空間區(qū)域可能包含在該視角中。
待監(jiān)測(cè)空間體積可以在至少 一側(cè)空間有界，例如借助屏障或墻壁， 使得以這種方式對(duì)存在于待監(jiān)測(cè)空間區(qū)域中的對(duì)象的定位進(jìn)行簡化。 假如所述對(duì)象的位置可以完全自由地選擇，那么必須要監(jiān)測(cè)顯著更大 的區(qū)域。而且，借助相應(yīng)的標(biāo)記，例如通過在地板上做標(biāo)記，待監(jiān)測(cè) 區(qū)域可以容易被劃界。
特別有利的是，這樣的劃界至少分別在一側(cè)與相機(jī)的視線區(qū)域的 邊界至少在很大程度上重合。反之，這意味著相機(jī)的視線區(qū)域至少在 一側(cè)終止在待監(jiān)測(cè)空間的邊界處。由此確保了相機(jī)要處理盡可能少的 冗余數(shù)據(jù)，例如關(guān)于該空間區(qū)域的墻壁的數(shù)據(jù)或位于待監(jiān)測(cè)區(qū)域之外 的對(duì)象的數(shù)據(jù)。而且，有利的是，位于相機(jī)對(duì)對(duì)面的空間邊界至少在 一側(cè)與可預(yù)定的頭部高度上方的視界相交。從而實(shí)現(xiàn)，即使非常高的 人進(jìn)入待監(jiān)測(cè)空間區(qū)域，即使當(dāng)他們?cè)谧畈焕那闆r下正好站在該區(qū) 域的外界處時(shí)，也能完全被相機(jī)檢測(cè)。
在該裝置的一個(gè)有利的進(jìn)一步構(gòu)造中，單個(gè)相機(jī)的視線射束分別 借助于至少一個(gè)鏡子裝置這樣改變路線，以使相機(jī)對(duì)盡管間接定向， 但仍具有上述視線區(qū)域。因此，借助這樣的鏡子裝置能實(shí)現(xiàn)將這些相 機(jī)至少接近水平地布置在待監(jiān)測(cè)空間體積的上方，以獲得特別平坦的 構(gòu)造形式。由此這些相機(jī)的縱軸在很大程度上是水平的，而在直接朝 對(duì)象定向的情況下，它們?cè)诤艽蟪潭壬媳淮怪钡匕惭b。
特別有利的是，計(jì)算機(jī)硬件和/或計(jì)算機(jī)軟件分配給上述設(shè)備，借 助這些計(jì)算機(jī)硬件和/或計(jì)算機(jī)軟件可以對(duì)相機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化。隨 后，基于這些數(shù)字化數(shù)據(jù)可以計(jì)算三維空間圖像，基于該三維空間圖 像可以進(jìn)行高度輪廓的確定。
有利的是，上述組件分配給用于人的過道隔間，使得可以借助于 相機(jī)數(shù)據(jù)檢測(cè)和辨識(shí)位于該隔間區(qū)域內(nèi)的人和/或?qū)ο??；趯⑺鶆?chuàng)建 的高度輪廓與來自模型庫的模型進(jìn)行比較，可以確定是否在一個(gè)時(shí)刻 僅有一個(gè)人或?qū)嶋H上有數(shù)個(gè)人穿過用于人的過道隔間，以使任何可能必要的人分離可以被根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備支持。
為了分別標(biāo)定用于監(jiān)測(cè)空間體積的相機(jī)對(duì)，本發(fā)明規(guī)定，首先進(jìn) 行內(nèi)部成像參數(shù)的實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定。該方法僅需被標(biāo)定的焦距和徑向透鏡 畸變作為內(nèi)部成像參數(shù)。首先對(duì)單個(gè)相機(jī)實(shí)施該實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定，在標(biāo)定 之后，這些相機(jī)被成對(duì)地組合成相機(jī)對(duì)。在現(xiàn)場，也就是在相機(jī)對(duì)安 裝到待監(jiān)測(cè)空間區(qū)域后，首先為每個(gè)相機(jī)確定單應(yīng)性，以標(biāo)定該相機(jī) 對(duì)的外部定向，該單應(yīng)性表示被相機(jī)拍攝的圖像點(diǎn)在參考平面上的成 像。該參考平面以合適的方式在待監(jiān)測(cè)空間中選取。類似地為第二參 考平面實(shí)施該步驟，優(yōu)選地，該第二參考平面平行于第一參考平面。 作為最后的標(biāo)定步驟，為每個(gè)相機(jī)對(duì)創(chuàng)建核面幾何，其可以用來給被 該相機(jī)覆蓋的每個(gè)空間點(diǎn)指派高度值。
在這個(gè)標(biāo)定的范圍內(nèi)，待標(biāo)定相機(jī)關(guān)于標(biāo)定體——優(yōu)選為方 格——這樣設(shè)置，使得該方格以平面方式布置在各相機(jī)的前方。借助
于該標(biāo)定體確定正畸變或負(fù)畸變，其中根據(jù)楞次(Lenz)模型確定徑 向畸變或扭曲的中心。為了確定被標(biāo)定的焦距，方格被i殳置在已才艮據(jù) 徑向畸變被修正的相機(jī)前方特定距離處。根據(jù)截?cái)喽ɡ?，被?biāo)定的焦 距c繼而計(jì)算如下
r 5/R = _c/D
其中R是格點(diǎn)距格中心的距離，r是相應(yīng)的相機(jī)圖像點(diǎn)距相機(jī)圖像中 心的距離，5是兩個(gè)相機(jī)圖像點(diǎn)之間的物理距離，D是相機(jī)的光學(xué)中 心距標(biāo)定體的距離。
在下一步中，相機(jī)對(duì)被布置到現(xiàn)場，并再次被預(yù)標(biāo)定。首先，該 第一現(xiàn)場標(biāo)定要求引入?yún)⒖计矫嬉约皟?yōu)選與該參考平面平行的輔助平 面。優(yōu)選地，參考平面通過互相成直角布置的標(biāo)記確定，所述標(biāo)記的 位置在空間中已知。通過將相機(jī)圖像與參考平面上的真實(shí)布置相比較， 確定用于將參考平面成像在每個(gè)相機(jī)上的成像規(guī)則，該成像規(guī)則被稱 為單應(yīng)性。為每個(gè)相機(jī)對(duì)的兩個(gè)相機(jī)確定這樣的單應(yīng)性。將以這種方 式獲得的單應(yīng)性的參數(shù)值存儲(chǔ)，以用在各當(dāng)前相機(jī)圖像的評(píng)估循環(huán)中。
最后，還要為每個(gè)相機(jī)對(duì)確定核面幾何，這可以通過將各相機(jī)圖 像扭曲到參考平面上來實(shí)現(xiàn)?？紤]任意空間點(diǎn)，各相機(jī)的圖像點(diǎn)分別 關(guān)于這些空間點(diǎn)位于參考平面的一條直線上。這些線被稱為核線，借助標(biāo)準(zhǔn)互相關(guān)函數(shù)作為相似性的量度，沿著核線確定這兩個(gè)圖像的同 調(diào)點(diǎn)的坐標(biāo)。
有利的是，待監(jiān)測(cè)空間體積的地板平面被定義為參考平面。
被標(biāo)定的相機(jī)對(duì)參與根據(jù)本發(fā)明的用于監(jiān)測(cè)空間體積的方法。為 此目的，多個(gè)這樣的相機(jī)對(duì)這樣布置在待監(jiān)測(cè)空間體積的區(qū)域中，以 使待監(jiān)測(cè)空間體積被不同相機(jī)從不同空間方向觀察。每個(gè)相機(jī)對(duì)的三 維空間圖像被一起這樣評(píng)估，使得因所投下的陰影而不能被顯示的空 間點(diǎn)分別借助于其他相機(jī)對(duì)的空間圖像得到補(bǔ)充。
為了處理各視頻數(shù)據(jù)，將來自單個(gè)相機(jī)的視頻數(shù)據(jù)流數(shù)字化，并 傳送到相應(yīng)的計(jì)算機(jī)硬件和/或計(jì)算機(jī)軟件。
基于標(biāo)定數(shù)據(jù)修正單個(gè)相機(jī)的相機(jī)圖像，僅有以這種方式修正的
相機(jī)圖像才用作進(jìn)一步計(jì)算的基礎(chǔ)。就此而論，進(jìn)一步計(jì)算規(guī)定創(chuàng) 建各相機(jī)對(duì)的視線區(qū)域的三維空間圖像，然后為每個(gè)空間點(diǎn)計(jì)算高度 值，以及以這種方式確定被監(jiān)測(cè)空間的高度輪廓。
有利的是，將高度輪廓與參考平面關(guān)聯(lián)，其中借助單應(yīng)性和空間 中的直線交叉來計(jì)算單個(gè)空間點(diǎn)。為了更快地計(jì)算所述高度輪廓，借 助將一個(gè)相機(jī)對(duì)的兩個(gè)圖像單應(yīng)性成像到參考平面上，在這兩個(gè)圖像 之間產(chǎn)生核面幾何；由此，同調(diào)圖像點(diǎn)，即屬于相同空間點(diǎn)的圖^f象點(diǎn)， 位于相機(jī)圖像的相同核線上。繼而借助相同空間點(diǎn)的兩條直線的交點(diǎn) 確定高度值，所述兩條直線來自視線射束穿過輔助平面的滲透點(diǎn)。借 助于各第二單應(yīng)性，即在各相機(jī)圖像和輔助平面之間的單應(yīng)性，所找
到的各同調(diào)點(diǎn)被轉(zhuǎn)換到輔助平面上。相機(jī)圖像的這兩個(gè)視線射束的交 點(diǎn)與所考察的空間點(diǎn)相符合，所述視線射束分別穿過相接圖像點(diǎn)和在 輔助平面上的相應(yīng)點(diǎn)。
因?yàn)樵诖_定單應(yīng)性時(shí)不可能考慮所有成像誤差或數(shù)值誤差，所以 這些視線射束在實(shí)際情況下將不具有公共交點(diǎn)。取而代之， 一個(gè)相機(jī) 對(duì)的兩個(gè)視線射束將彼此傾斜地位于空間中，這使得對(duì)所考察的空間 點(diǎn)的空間位置的估計(jì)是必要的。為此目的，確定這兩個(gè)視線射束之間 的距離，這兩個(gè)視線射束之間的距離段的中心點(diǎn)假定為所考察的點(diǎn)。
在確定由以這種方式獲得的單個(gè)空間點(diǎn)的高度值組成的高度輪廓 之后，將這個(gè)輪廓與存儲(chǔ)在模型庫中的標(biāo)準(zhǔn)模型進(jìn)行比較。將這些標(biāo)準(zhǔn)模型插入該高度輪廓，并進(jìn)行檢查，以確定該高度輪廓是否與至少 一個(gè)預(yù)定模型相符合。如果符合，那么與該模型相對(duì)應(yīng)的對(duì)象就被認(rèn) 為已辨識(shí)。在這個(gè)方法的一個(gè)進(jìn)一步優(yōu)選實(shí)施方案中，隨后進(jìn)行檢查， 以確定其他標(biāo)準(zhǔn)模型是否可以插入該高度輪廓的剩余空間。在這個(gè)具 體應(yīng)用中，例如作為用于分離人的過道隔間，這個(gè)應(yīng)用可以這樣擴(kuò)展， 即在多于一個(gè)對(duì)象被辨識(shí)的情況下，就觸發(fā)警報(bào)或關(guān)閉該過道隔間。


下面將按照附圖中所示的示例性實(shí)施方案更詳細(xì)地描述上述發(fā)
明。在附圖中
圖l是根據(jù)本發(fā)明的、具有有限的待監(jiān)測(cè)空間體積的設(shè)備的側(cè)截 面示圖2是根據(jù)圖1的、具有鏡子裝置和水平布置的相機(jī)對(duì)的設(shè)備的 側(cè)截面示圖3是彼此相對(duì)的兩個(gè)相機(jī)對(duì)的視線區(qū)域在待監(jiān)測(cè)空間區(qū)域的地 板上的投影；
圖4是分別具有墊狀和桶狀畸變的方格的示圖5是兩個(gè)相機(jī)圖像關(guān)于相機(jī)對(duì)的標(biāo)定參考平面的布置的示以及
圖6是兩個(gè)相機(jī)圖像關(guān)于計(jì)算空間點(diǎn)位置的參考平面以及輔助平 面的布置的示圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了待監(jiān)測(cè)空間體積10，其被兩個(gè)相機(jī)對(duì)ll、 ll'監(jiān)測(cè)。 各相機(jī)對(duì)11、 ll'的兩個(gè)相機(jī)——其在該圖中一個(gè)接一個(gè)布置——是 這樣傾斜的，使得相機(jī)對(duì)ll、 11'的最外側(cè)的視線射束20在鄰近布置 的墻壁13的區(qū)域中至少盡可能平行于該墻壁延伸，或沿著該墻壁延 伸，并在高于例如處在待監(jiān)測(cè)空間體積10中的人12的頭部高度的高 度在相對(duì)墻壁13的區(qū)域中與該墻壁13交叉。通過彼此相對(duì)的相機(jī)對(duì) 11、 IF的布置保障了沒有其他對(duì)象或其他人12可以位于被這個(gè)人12 遮住光線的區(qū)域中。假如有其他對(duì)象或其他人的話，那么這個(gè)對(duì)象或這個(gè)人12可以被第二相機(jī)對(duì)ii、 ir檢測(cè)到，該第二相機(jī)對(duì)從不同視 角觀察待監(jiān)測(cè)空間體積io。被布置在待監(jiān)測(cè)空間體積io中的每個(gè)相 機(jī)對(duì)ii、 ir產(chǎn)生了三維空間圖像，借助于該三維空間圖像可以確定 待監(jiān)測(cè)空間體積io的高度輪廓。假如空間體積io的空間點(diǎn)不能被相 機(jī)對(duì)ii、 ir檢測(cè)到，那么對(duì)該不可見的空間點(diǎn)可以參考由另一相機(jī) 對(duì)ii、 ir提供的三維空間圖像。隨后，將以這種方式補(bǔ)充的待監(jiān)測(cè) 空間體積io的高度輪廓與保存在模型庫中的標(biāo)準(zhǔn)模型進(jìn)行比較。將標(biāo) 準(zhǔn)模型插入該高度輪廓，直到可以確定是什么對(duì)象位于待監(jiān)測(cè)空間體 積io中。
圖2示出了具有相似結(jié)構(gòu)的待監(jiān)測(cè)空間體積10，其中在水平安裝
在該待監(jiān)測(cè)空間體積io上方的各相機(jī)對(duì)ii、 ir的光路中分別引入鏡
子裝置14、 14、使得雖然相同的對(duì)象一一即人12 — 一位于各相機(jī)對(duì)
11、 ll'的視野中，但是該布置的總高度仍低于相機(jī)對(duì)11、 ll'的前述 布置。這樣的結(jié)構(gòu)特別適用于經(jīng)常必須被構(gòu)造為較低的結(jié)構(gòu)高度以節(jié) 省空間的過道隔間。而且，所提出的系統(tǒng)，即借助來自不同空間方向 的第二個(gè)三維空間圖像對(duì)三維空間圖像進(jìn)行補(bǔ)充的系統(tǒng)，特別適用于 在過道隔間中將人分離，因?yàn)橐赃@種方式防止了一個(gè)以上的人"背負(fù)
式"經(jīng)過。 一旦有多個(gè)人12出現(xiàn)在這樣的過道隔間中，就可以被相機(jī)
對(duì)ii、 ir辨識(shí)，所使用的處理軟件或硬件將相應(yīng)地作出回應(yīng)。
圖3示出了被相機(jī)對(duì)11、 11'的單個(gè)相機(jī)覆蓋的視野在待監(jiān)測(cè)空 間區(qū)域10的地板15上的投影。清楚的是，用在相機(jī)對(duì)11、 ll'中的 每個(gè)個(gè)體相機(jī)已經(jīng)盡可能覆蓋空間體積10的完整區(qū)域。由此保障了假
如每個(gè)空間點(diǎn)可能由于遮蔽而不能被其中 一個(gè)相機(jī)檢測(cè)到，那么其仍 非?？赡鼙恢辽?一個(gè)其他相機(jī)監(jiān)測(cè)。
圖4示出了用于標(biāo)定相機(jī)對(duì)11、 ll'的單個(gè)相機(jī)的方格，其中在
實(shí)驗(yàn)室中根據(jù)該方格對(duì)相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定。該方格垂直地設(shè)置在待標(biāo)定相 機(jī)的前方，使得該方格的中心位于該相機(jī)圖像的圖像中心。隨后，確
定各種相機(jī)參數(shù)，包括透視中心、徑向畸變和已標(biāo)定焦距。圖4示 出了該方格在標(biāo)定前的兩個(gè)可能視圖，即左側(cè)圖中的墊狀畸變和右側(cè) 圖中的桶狀畸變。借助對(duì)單個(gè)相機(jī)的標(biāo)定，使得單個(gè)相機(jī)的畸變被這 樣補(bǔ)償在誤差修正之后，該方格被認(rèn)為是方形的，即具有直邊。圖5示出了相機(jī)對(duì)11、 ir的相機(jī)的布置，相機(jī)已被安裝在位， 并還必須在意欲使用的位置進(jìn)行另外的標(biāo)定步驟。為此目的，首先引 入?yún)⒖计矫?0,例如地板平面15,其被用作之后高度輪廓的高度點(diǎn)的 參考。在標(biāo)定過程中，首先分別確定各相機(jī)圖像34、 34'和參考平面 之間的單應(yīng)性32、 32'，其中標(biāo)記22被布置在參考平面30上的限定 位置，并借助將實(shí)物與相機(jī)圖像34、 34'進(jìn)行比較，確定成像規(guī)則—— 即相機(jī)圖像34、 34'和參考平面30之間的單應(yīng)性32、 32'。以這種方 式算出的單應(yīng)性32、 32'被存儲(chǔ)用于隨后的評(píng)估循環(huán)。在另一個(gè)標(biāo)定 步驟中，引入了核面幾何，其被這樣置于參考平面上，使得同調(diào)點(diǎn)， 即相機(jī)對(duì)ll、 11'的相機(jī)圖像34、 34'上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)，分別位于核面幾何 系統(tǒng)的核線36、 36'上?；ハ嚓P(guān)函數(shù)用作相似性的量度，以確定各同 調(diào)點(diǎn)的坐標(biāo)。
最后，圖6詳細(xì)示出了如何對(duì)高度輪廓進(jìn)行評(píng)估和創(chuàng)建。選取被 相機(jī)對(duì)11、 11'的兩個(gè)相才幾記錄的空間點(diǎn)，其中這個(gè)點(diǎn)位于這兩個(gè)相 機(jī)的公共核線36上。選定的空間點(diǎn)繼而位于兩個(gè)相機(jī)的視線射束35、 35'上，視線射束通過相機(jī)圖像34、 34'的圖像點(diǎn)和該相機(jī)圖像的單應(yīng) 性33、 33'穿透到輔助平面31上。所考察的空間點(diǎn)繼而位于兩個(gè)視線 射束35、 35'的交叉點(diǎn)處。所考察的空間點(diǎn)相對(duì)于地板15 ——即位于 此處的參考平面30— —的高度位置可以接著用幾何學(xué)算出。借助對(duì)被 相機(jī)記錄的所有圖像點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的操作獲得高度輪廓，該高度輪廓為 待監(jiān)測(cè)空間體積中包含對(duì)象的成像。
以上描述了用于監(jiān)測(cè)空間體積的方法及設(shè)備，和用于標(biāo)定為此目 的而提供的相機(jī)對(duì)的方法，其在使用中具有這樣的優(yōu)點(diǎn)可以保障完 全地監(jiān)測(cè)空間體積，同時(shí)教授了用于獲得三維數(shù)據(jù)的簡化操作方法。
參考符號(hào)列表
10 空間體積 11、 11' 相機(jī)對(duì)
12 人
13 墻壁
14、 14' 鏡子裝置15 地板平面
20 視線射束
21 視線區(qū)域
22 標(biāo)記
30 參考平面
31 輔助平面
32、 32' 相機(jī)圖像和參考平面之間的單應(yīng)性
33、 33' 相機(jī)圖像和輔助平面之間的單應(yīng)性
34、 34' 相機(jī)圖像
35、 35' 視線射束
36、 36' 核線
40 正畸變
41 負(fù)畸變
權(quán)利要求
1.用于監(jiān)測(cè)空間體積(10)的設(shè)備，其包括多個(gè)相機(jī)，其中關(guān)于待監(jiān)測(cè)空間體積(10)成對(duì)布置所述相機(jī)，使得通過疊加各相機(jī)對(duì)(11、11′)的相機(jī)圖像(34、34′)可產(chǎn)生三維空間圖像，其特征在于，至少兩個(gè)相機(jī)對(duì)(11、11′)共同覆蓋空間體積(10)，使得可以從不同的空間方向產(chǎn)生同一空間體積(10)的至少兩個(gè)三維空間圖像。
2. 權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，所述相機(jī)(11、 11')被成 對(duì)地布置在待監(jiān)測(cè)空間體積(10)的上部區(qū)域或在其上方。
3. 權(quán)利要求1或2的設(shè)備，其特征在于，所述待監(jiān)測(cè)空間體積(10 ) 至少在一側(cè)空間有限地例如被至少一個(gè)墻壁(13 )和/或至少一個(gè)屏障 限制或封閉。
4. 前述權(quán)利要求之一的設(shè)備，其特征在于，所述相機(jī)的視線區(qū)域 (21)這樣定向，使得視線區(qū)域(21)的邊界至少在一側(cè)、至少盡可能平行于待監(jiān)測(cè)空間體積(10)的邊界延伸。
5. 前述權(quán)利要求之一的設(shè)備，其特征在于，所述相機(jī)的視線區(qū)域 (21)這樣定向，使得視線區(qū)域(21)的邊界至少在一側(cè)在可以被預(yù) 定的頭部高度上方與在相機(jī)對(duì)(11、 11')對(duì)面的空間邊界相交。
6. 前述權(quán)利要求之一的設(shè)備，其特征在于，鏡子裝置(14、 14') 布置在至少一個(gè)所述相機(jī)的視野中。
7. 權(quán)利要求6的設(shè)備，其特征在于，所述相機(jī)至少接近平行地這 樣布置在待監(jiān)測(cè)空間體積(10)的上方，使得它們的縱側(cè)分別至少以 盡可能平行于待監(jiān)測(cè)空間體積(10)的地板平面(15)為方向。
8. 前述權(quán)利要求之一的設(shè)備，其特征在于，計(jì)算機(jī)硬件和/或計(jì) 算機(jī)軟件分配給所述相機(jī)，所述計(jì)算機(jī)硬件和/或計(jì)算機(jī)軟件能夠?qū)⑾?機(jī)數(shù)據(jù)數(shù)字化，并基于這些相機(jī)數(shù)據(jù)在參考平面(30)上方創(chuàng)建待監(jiān) 測(cè)空間體積(10)的高度輪廓。
9. 前述權(quán)利要求之一的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備分配給用于人 的過道隔間，使得可以借助于相機(jī)檢測(cè)到位于該隔間區(qū)域內(nèi)的人(12 ) 和/或?qū)ο蟆?br> 10. 用于標(biāo)定用于監(jiān)測(cè)空間體積(10)的相機(jī)對(duì)的方法，其包括 以下步驟對(duì)單個(gè)相機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定、為每個(gè)相機(jī)確定參考平面的單應(yīng)性、和為每個(gè)相機(jī)對(duì)(11、 11')創(chuàng)建核面幾何。
11. 權(quán)利要求10的方法，其特征在于，在實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定的范圍內(nèi)，借助將垂直于各相機(jī)布置的方格作為標(biāo)定體，至少確定每個(gè)相機(jī)的所 標(biāo)定的焦點(diǎn)、透視中心、以及徑向透鏡畸變。
12. 權(quán)利要求ll的方法，其特征在于，所述相機(jī)的參數(shù)是根據(jù)楞 次模型而確定的。
13. 權(quán)利要求10至12之一的方法，其特征在于，為了確定至少 兩個(gè)單應(yīng)性，在空間中確定參考平面(30)以及輔助平面(31),該 輔助平面優(yōu)選地平行于該參考平面，其中各平面點(diǎn)的高度值是借助相 機(jī)對(duì)(ll、 ir )的兩個(gè)相機(jī)的分別穿透所述點(diǎn)的視線射束(35、 35') 的直線交點(diǎn)而預(yù)先確定的。
14.權(quán)利要求10至13之一的方法，其特征在于，建立核面幾何， 其中相機(jī)對(duì)(11、 11')的相機(jī)圖像在參考平面(30)上扭曲。
15. 權(quán)利要求14的方法，其特征在于，借助于標(biāo)準(zhǔn)互相關(guān)函數(shù)作 為相似性的度量，確定相機(jī)對(duì)(11、 )的相應(yīng)相機(jī)圖像(34、 34') 的同調(diào)點(diǎn)。
16. 權(quán)利要求10至15之一的方法，其特征在于，將待監(jiān)測(cè)空間 體積(10 )的地板平面(l5 )選作參考平面(30 )。
17. 用于借助多個(gè)相機(jī)對(duì)(11、 IIO監(jiān)測(cè)空間體積的方法，所述 相機(jī)對(duì)從不同空間方向，見察空間體積(10)，并且可以分別從所述相 機(jī)對(duì)的相機(jī)圖像(34、 34')產(chǎn)生三維空間圖像，其中借助于其他相機(jī) 對(duì)(ll、 ll')的空間圖像，對(duì)在各空間圖像中由于投下的陰影而不能 呈現(xiàn)的空間點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)充。
18. 權(quán)利要求17的方法，其特征在于，將來自單個(gè)相機(jī)和/或相 機(jī)對(duì)(11、 11')的視頻數(shù)據(jù)流數(shù)字化。
19. 權(quán)利要求17或18的方法，其特征在于，基于標(biāo)定值來修正 單個(gè)相機(jī)的相機(jī)圖像(34、 34')。
20. 權(quán)利要求17至19之一的方法，其特征在于，分別為多個(gè)相 機(jī)對(duì)(11、 11')產(chǎn)生可以被各相機(jī)對(duì)(11、 ir )分別看到的空間區(qū) 域的三維空間圖^f象。
21. 權(quán)利要求20的方法，其特征在于，基于多個(gè)相機(jī)對(duì)(ll、 ir )的空間圖像，確定待監(jiān)測(cè)空間體積(10)的盡可能完全的高度輪廓，其中將不同相機(jī)對(duì)(11、 11')的數(shù)據(jù)結(jié)合起來產(chǎn)生空間圖像。
22. 權(quán)利要求21的方法，其特征在于，將高度輪廓與參考平面(30 ) 關(guān)聯(lián)，其中借助于單應(yīng)性(32、 32'、 33、 33M以及空間中的直線交 點(diǎn)來計(jì)算空間點(diǎn)。
23. 權(quán)利要求21至22之一的方法，其特征在于，將單個(gè)空間點(diǎn) 的位置分別確定為兩個(gè)相機(jī)的視線射束(35、 35')到空間點(diǎn)的連接距 離的中心點(diǎn)。
24. 權(quán)利要求17至23之一的方法，其特征在于，將所產(chǎn)生的高 度輪廓與標(biāo)準(zhǔn)模型進(jìn)行比較。
25. 權(quán)利要求24的方法，其特征在于，在辨識(shí)標(biāo)準(zhǔn)輪廓之后，進(jìn) 行核查，以確定另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模型是否可以被插入剩余空間。
全文摘要
慣常地，通過相機(jī)對(duì)產(chǎn)生三維圖像，以確保人在用于分離人的隔間中隔離，并就此進(jìn)行檢查，使得不多于一個(gè)人同時(shí)穿過該用于分離人的隔間。本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是改進(jìn)并加速已知系統(tǒng)。為此，根據(jù)本發(fā)明，使用多個(gè)相機(jī)對(duì)，所述相機(jī)對(duì)同時(shí)從數(shù)個(gè)空間方向監(jiān)測(cè)待監(jiān)測(cè)空間體積。為此，每個(gè)相機(jī)對(duì)監(jiān)測(cè)該空間，確定高度輪廓，并通過其他相機(jī)對(duì)的數(shù)據(jù)在所述高度輪廓中補(bǔ)充被遮住的點(diǎn)。監(jiān)測(cè)例如過道隔間的空間體積。
文檔編號(hào)G06K9/00GK101601048SQ200780046795
公開日2009年12月9日 申請(qǐng)日期2007年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月25日
發(fā)明者諾伯特·林克 申請(qǐng)人:諾伯特·林克