專利名稱：基于單目攝像機的深度、深度場及物體大小的測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計算機視覺領(lǐng)域，涉及一種根據(jù)單目攝像機的云臺旋轉(zhuǎn)與鏡頭變焦測量被攝物體深度，對應視場的深度場及被攝物體的實際尺寸的方法。
背景技術(shù)：
隨著多媒體技術(shù)的不斷發(fā)展，智能視頻監(jiān)控已經(jīng)越來越廣泛地應用于安全作業(yè)和治安防范等領(lǐng)域。目前的視頻監(jiān)控系統(tǒng)大量安裝了帶云臺鏡頭控制的攝像機，特別是球形云臺鏡頭一體化攝像機，這類攝像機可以通過控制云臺水平旋轉(zhuǎn)和垂直旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)攝像機方位改變和定位，并可通過控制鏡頭焦距實現(xiàn)變焦，但還不能用這些攝像機直接測量被攝物體(或場景)的深度(即與攝像機的距離)和尺寸。而場景深度是很有用的信息，可用于目標識別和檢測、行為分析等?，F(xiàn)有的場景深度測量主要有基于飛行時間、多目成像、單目平移等方法?；陲w行時間的方法是傳感器主動向整個場景中每一點發(fā)送脈沖或正弦調(diào)制光波信號，并檢測反射波，通過這兩種波的時延或相位差來估算場景中每一個點與傳感器之間的距離。這種傳感器成本高，不易推廣。傳統(tǒng)的通過多目成像立體匹配的方法來估計深度的方法，大都是基于攝像機陣列即多臺攝像機對同一景物從不同位置或角度拍攝圖像，并根據(jù)成像視差來確定物體的深度，以實現(xiàn)對物體三維信息的感知，獲取深度。這種方法需要至少二臺標定的攝像機，成本也較高，安裝也不方便?，F(xiàn)階段基于單目攝像機對空間點進行深度測量的研究，主要是通過控制攝像機做平移運動，利用平移向量和極點信息來線性求解內(nèi)參數(shù)，與多目成像立體匹配估計深度原理相同。但攝像機平移運動機械結(jié)構(gòu)復雜，不適用于視頻監(jiān)控系統(tǒng)應用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種基于單目攝像機的測量深度、深度場以及被測物體大小的方法， 可利用現(xiàn)已大量安裝使用的帶有旋轉(zhuǎn)云臺的普通視頻監(jiān)控攝像機，實現(xiàn)物體深度及實際尺寸的測量，有效地解決了視頻監(jiān)控中的測量問題。本發(fā)明提供了一種基于單目攝像機的深度測量的方法，利用云臺旋轉(zhuǎn)測量靜止物體的深度信息，其特征在于，它采用如下步驟獲得物體深度(1)對于給定的攝像機方位和鏡頭焦距f，也即給定的視場，采集圖像A ；(2)通過云臺控制攝像機水平或垂直旋轉(zhuǎn)一角度θ，采集圖像B ；(3)對于物點Q，在圖像A中像點為Q’(Xl，yi)，利用圖像匹配算法找到其在圖像B 中像點Q” U2，y2)，其中圖像坐標原點與光軸重合；(4)按如下公式計算物點Q的深度Z
權(quán)利要求
1.一種基于單目攝像機的深度測量方法，利用云臺旋轉(zhuǎn)測量靜止物體的深度信息，其特征在于，它采用如下步驟獲得物體深度(1)對于給定的攝像機方位和鏡頭焦距f，也即給定的視場，采集圖像A；(2)通過云臺控制攝像機水平或垂直旋轉(zhuǎn)一角度θ，采集圖像B；(3)對于物點Q，其在圖像A中像點為Q’(Xl，yi)，利用圖像匹配算法找到其在圖像B中像點Q” U2，y2)，其中圖像坐標原點與光軸設(shè)為重合；(4)按如下公式計算物點Q的深度ZZ = Ili ^ΙΙβ'-ρ'1 cotθ+^JlQ'-QIf cot2 0H-2/Lvv_其中，L是鏡頭光心到云臺水平或垂直轉(zhuǎn)動軸的距離，μ是對應傳感器成像面上的像素間距，V是鏡頭像距，I Iq' -Q" I是像點Q’與像點Q”在圖像上的像素距離，Q’r是Q’ 在旋轉(zhuǎn)方向上的投影，Q”，是Q”在旋轉(zhuǎn)方向上的投影，所述旋轉(zhuǎn)方向指Q’ -Q”矢量方向。
2.如權(quán)利要求1所述的基于單目攝像機的深度測量方法，其特征在于，采用如下步驟測量鏡頭光心到云臺水平或垂直轉(zhuǎn)動軸的距離L (1)對于給定的攝像機鏡頭焦距f，轉(zhuǎn)動云臺，選包含已知深度為&的物點P的視場， 采集圖像Atl，物點P在圖像Atl中的像點為P’ U3，y3)，其中圖像坐標原點與光軸重合；(2)通過云臺控制攝像機水平或垂直旋轉(zhuǎn)一定角度θ^，采集圖像Btl;(3)利用圖像匹配算法找到圖像Atl中P’對應的物點P在圖像Btl中的像點為P”(χ4, y4)；計算攝像機水平或垂直轉(zhuǎn)動原點與鏡頭光心的距離L如下I = Yy - IlPP "IIcot ^ + - PP j|2 COt2 ^ - 4P V P"r-'l Z0 ,,其中，μ是對應傳感器成像面上的像素間距，V是鏡頭像距，I IP' -P" 11是像點P’ 與像點P”在圖像上的像素距離，P’ r是P’在旋轉(zhuǎn)方向(即Q’ -Q”矢量方向)上的投影， P 是P”在旋轉(zhuǎn)方向(即矢量方向)上的投影。
3.一種基于單目攝像機的深度場測量方法，其特征在于，它采用權(quán)利要求1或2所述的方法獲得圖像A或B中各像素點對應物點的深度值，并利用各像素點的深度可靠性進行深度修正，得到圖像A或B對應的深度場。
4.一種基于單目攝像機的深度場測量方法，其特征在于，采用如下步驟獲得一大視場圖像的深度場(1)采集該視場的一幅圖像C;(2)控制云臺方位，并控制攝像機鏡頭焦距，使鏡頭有較長的焦距，采集一系列圖像Di, 使圖像Di及其深度場遍歷圖像C ；(3)用權(quán)利要求3所述的方法計算所采集圖像Di的深度場；(4)用圖像匹配算法使圖像C中的每個像素點在圖像Di中找到對應點，將其深度值作為C中對應像素的深度值，得到圖像C的深度場。
5.一種基于單目攝像機的運動目標深度及其大小測量方法，其特征在于，采用如下方式獲得運動目標的深度信息及其大小(1)采集該視場不同時刻的一組圖像Ci,用權(quán)利要求3或4所述的方法分別計算Ci的深度場；(2)采用背景圖像提取算法獲得背景圖像，將作為背景圖像的像素的深度值之一或它們的平均值作為該像素位置的深度值；(3)用運動目標檢測算法檢測運動目標區(qū)域，將每個運動目標所覆蓋的背景像素的最小深度作為該運動目標的深度估計，根據(jù)運動目標的深度、鏡頭焦距及運動目標在圖像中的像素范圍估算該運動目標的大小。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于單目攝像機的深度測量方法，利用云臺旋轉(zhuǎn)測量靜止物體的深度信息，包括給定的攝像機方位和鏡頭焦距，采集一幅圖像；通過云臺控制攝像機水平或垂直旋轉(zhuǎn)一個角度，再采集一幅圖像；通過圖像匹配算法找到兩幅圖像中匹配的像點；計算該像點對應的物點深度。本發(fā)明還公開了一種基于單目攝像機的深度場測量方法以及基于單目攝像機的運動目標深度及其大小測量方法測量的系統(tǒng)裝置。本發(fā)明適用于現(xiàn)今已大量安裝使用的帶有旋轉(zhuǎn)云臺的普通視頻監(jiān)控攝像機，實現(xiàn)物體深度及實際尺寸的測量，有效地解決了視頻監(jiān)控中的測量問題。
文檔編號G01B11/22GK102168954SQ20111000717
公開日2011年8月31日 申請日期2011年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月14日
發(fā)明者唐慧明, 支晨蛟, 胡錚 申請人:浙江大學