專利名稱：基于線段的標(biāo)定方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像處理及視頻監(jiān)控，特別是指一種基于線段的標(biāo)定方法和裝置。

背景技術(shù)：
在視頻監(jiān)控中，同一目標(biāo)在場景中不同的位置會有不同的尺寸，特別是遠距離的監(jiān)控，這就為智能視頻分析帶來了問題。為了解決這一問題，人們開始研究景深的標(biāo)定，在場景中通過標(biāo)定算法設(shè)置景深，給場景設(shè)置一個標(biāo)準。通過景深標(biāo)定，可以準確地計算出場景中目標(biāo)的實際位置及尺寸大小，這就提高了智能視頻分析的準確性和可靠性。
目前，景深標(biāo)定的方法主要可分為三類經(jīng)典標(biāo)定法、基于主動視覺的標(biāo)定法以及自標(biāo)定法。經(jīng)典標(biāo)定法需要使用精密加工的標(biāo)定塊，通過建立標(biāo)定塊上三維坐標(biāo)已知的點與其圖像點間的對應(yīng)，來計算攝像機的內(nèi)外參數(shù)，但這種標(biāo)定法標(biāo)定過程費時費力，不適用于在線標(biāo)定和不可能使用標(biāo)定塊的場合，在工程應(yīng)用上十分不方便。基于主動視覺的標(biāo)定法需要控制攝像機做某些特殊運動，如繞光心旋轉(zhuǎn)或純平移等，利用這種運動的特殊性可以計算出內(nèi)參數(shù)，但這種標(biāo)定方法不能適用于攝像機運動未知或無法控制的場合(如手持攝像機)，同時其標(biāo)定過程還涉及圖像匹配，而實際監(jiān)控中圖像匹配難度很大，這使得該標(biāo)定法誤差很大。自標(biāo)定法利用了攝像機內(nèi)參數(shù)自身存在的約束，與場景和攝像機的運動無關(guān)，比較靈活，但是這種標(biāo)定法涉及Kruppa方程，因此計算復(fù)雜且標(biāo)定準確性也不高。
綜上所述，目前迫切需要提出一種快速簡便，同時標(biāo)定誤差較小的標(biāo)定方法和裝置。


發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種快速簡便的標(biāo)定方法和裝置。
為達到上述目的，按照本發(fā)明的第一個方面，提供了一種基于線段的標(biāo)定方法，所述景深標(biāo)定方法包括以下步驟 步驟101輸入標(biāo)定線段；從輸入模塊向圖像中輸入三條線段作為三條標(biāo)定線段； 步驟102根據(jù)標(biāo)定線段，獲得相機參數(shù)；分別列出與每條標(biāo)定線段相對應(yīng)的標(biāo)定方程，然后解由所得的標(biāo)定方程組成的標(biāo)定方程組，以獲得包括相機的高度H、相機的俯仰角θ以及水平消失線l的相機參數(shù)； 步驟103根據(jù)相機參數(shù)，獲得并輸出目標(biāo)的標(biāo)定參數(shù)；根據(jù)相機的高度、俯仰角、水平消失線的相機參數(shù)，計算圖像中目標(biāo)的包括目標(biāo)對應(yīng)于真實空間的坐標(biāo)、目標(biāo)的真實高度、目標(biāo)的真實寬度標(biāo)定參數(shù)，并且從輸出模塊輸出該標(biāo)定參數(shù)。
其中，所述三條標(biāo)定線段中至少存在一條標(biāo)定線段處于圖像所對應(yīng)場景的遠端，至少存在一條標(biāo)定線段處于圖像所對應(yīng)場景的近端；并且所述三條標(biāo)定線段都不能與圖像下邊緣平行。
其中，對于任意一條標(biāo)定線段((u1，v1)，(u2，v2))，所述標(biāo)定方程包括 L2＝Z2MTωM 其中，點(u1，v1)和點(u2，v2)是該標(biāo)定線段的兩端點，ui表示點i的橫坐標(biāo)，vi表示點i的縱坐標(biāo)，i＝1，2，L表示該標(biāo)定線段的實際長度，M表示消失點，Z表示該標(biāo)定線段的某個端點到相機的距離，ω為絕對二次曲線的像對應(yīng)的矩陣； 其中，消失點M的方程為

其中，k表示線段的兩個端點的深度比，計算公式為

di表示點i到水平消失線的距離，i＝1，2，計算公式為di＝vi-b； 絕對二次曲線的成像ω的計算公式為 其中，K表示相機的內(nèi)參矩陣，

(u0，v0)表示主點，所述主點為圖像中心坐標(biāo)，



f表示焦距，假設(shè)水平消失線l在圖像中水平，水平消失線l的方程為l＝b，則焦距f為
線段的某個端點到相機的距離Z的計算公式為

其中λ表示地面分辨率常數(shù)； 分別將M、Z、ω的計算公式代入所述標(biāo)定方程中，化簡后所述標(biāo)定方程中含有3個未知數(shù)b、v、λ，解與該至少三個標(biāo)定線段相對應(yīng)的標(biāo)定方程以得到b、v、λ的值；和 根據(jù)所得到的b、v、λ的值來獲得標(biāo)定的結(jié)果并輸出，所述標(biāo)定的結(jié)果包括相機的高度H、相機的俯仰角θ和水平消失線l，其中， 相機的高度H由下式得到 相機的俯仰角θ由下式得到 θ＝arctan((v0-b)/f) 水平消失線l為l＝b。
優(yōu)選地，所述景深標(biāo)定方法還包括輸入一條驗證線段，根據(jù)驗證線段，得到精確標(biāo)定參數(shù)。
優(yōu)選地，在輸入標(biāo)定線段和驗證線段步驟中將圖像中最長的一條線段默認為驗證線段，其余三條線段作為標(biāo)定線段。
優(yōu)選地，所述景深標(biāo)定方法還包括根據(jù)驗證線段，精確相機參數(shù)；首先微調(diào)標(biāo)定線段的位置和長度，以得到不同的相機參數(shù)，包括相機的高度H、相機的俯仰角θ以及水平消失線l，然后根據(jù)這些不同的相機參數(shù)，通過L2＝Z2MTωM公式的計算，以獲得一組標(biāo)定線段的驗證長度L，最后分別計算這一組標(biāo)定線段的驗證長度L和真實長度的絕對差值，取絕對差值最小的驗證長度所對應(yīng)的相機參數(shù)作為最終的相機參數(shù)。
按照本發(fā)明的另一個方面，提供了一種基于線段的標(biāo)定裝置，所述景深標(biāo)定裝置包括 輸入標(biāo)定線段模塊，用于在圖像中輸入三條線段作為三條標(biāo)定線段； 獲得相機參數(shù)模塊，用于根據(jù)三條標(biāo)定線段獲得相機參數(shù)；根據(jù)三條標(biāo)定線段，分別列出與每條標(biāo)定線段相對應(yīng)的標(biāo)定方程，然后解由所得的標(biāo)定方程組成的標(biāo)定方程組，以獲得包括相機的高度H、相機的俯仰角θ以及水平消失線l的相機參數(shù)； 獲得并輸出目標(biāo)的標(biāo)定參數(shù)模塊，用于根據(jù)相機的高度、俯仰角、水平消失線的相機參數(shù)，計算圖像中目標(biāo)的包括目標(biāo)對應(yīng)于真實空間的坐標(biāo)、目標(biāo)的真實高度、目標(biāo)的真實寬度標(biāo)定參數(shù)，并且輸出該標(biāo)定參數(shù)。
其中，對于任意一條標(biāo)定線段((u1，v1)，(u2，v2))，所述標(biāo)定方程包括 L2＝Z2MTωM 其中，點(u1，v1)和點(u2，v2)是該標(biāo)定線段的兩端點，ui表示點i的橫坐標(biāo)，vi表示點i的縱坐標(biāo)，i＝1，2，L表示該標(biāo)定線段的實際長度，M表示消失點，Z表示該標(biāo)定線段的某個端點到相機的距離，ω為絕對二次曲線的像對應(yīng)的矩陣； 其中，消失點M的方程為

其中，k表示線段的兩個端點的深度比，計算公式為

di表示點i到水平消失線的距離，i＝1，2，計算公式為di＝vi-b； 絕對二次曲線的成像ω的計算公式為 其中，K表示相機的內(nèi)參矩陣，

(u0，v0)表示主點，所述主點為圖像中心坐標(biāo)，



f表示焦距，假設(shè)水平消失線l在圖像中水平，水平消失線l的方程為l＝b，則焦距f為
線段的某個端點到相機的距離Z的計算公式為

其中λ表示地面分辨率常數(shù)； 分別將M、Z、ω的計算公式代入所述標(biāo)定方程中，化簡后所述標(biāo)定方程中含有3個未知數(shù)b、v、λ，解與該至少三個標(biāo)定線段相對應(yīng)的標(biāo)定方程以得到b、v、λ的值；和 根據(jù)所述所得到的b、v、λ的值來獲得標(biāo)定的結(jié)果并輸出，所述標(biāo)定的結(jié)果包括相機的高度H、相機的俯仰角θ和水平消失線l，其中， 相機的高度H由下式得到 相機的俯仰角θ由下式得到 θ＝arctan((v0-b)/f) 水平消失線l為l＝b。
優(yōu)選地，該標(biāo)定裝置還包括精確相機參數(shù)模塊，所述精確相機參數(shù)模塊用于根據(jù)驗證線段首先微調(diào)標(biāo)定線段的位置和長度，以得到不同的相機參數(shù)，包括相機的高度H、相機的俯仰角θ以及水平消失線l，然后根據(jù)這些不同的相機參數(shù)，通過L2＝Z2MTωM公式的計算，以獲得一組標(biāo)定線段的驗證長度L，最后分別計算這一組標(biāo)定線段的驗證長度L和真實長度的絕對差值，取絕對差值最小的驗證長度所對應(yīng)的相機參數(shù)作為最終的相機參數(shù)。
優(yōu)選地，所述輸入標(biāo)定線段模塊還包括驗證線段模塊，用于在圖像中輸入四條線段；其中，所述輸入標(biāo)定線段模塊容納有作為標(biāo)定線段的三條標(biāo)定線段，所述驗證線段模塊容納有作為驗證線段的一條驗證線段。
本發(fā)明所提供的基于線段的景深標(biāo)定方法只需要在圖像中輸入至少三條標(biāo)定線段，并解由與標(biāo)定線段相對應(yīng)的標(biāo)定方程組成的方程組便可得到標(biāo)定的結(jié)果，具有操作簡便、計算簡單的優(yōu)點。與經(jīng)典標(biāo)定法和基于主動視覺的標(biāo)定法相比，本發(fā)明所提供的景深標(biāo)定方法可以用于在線標(biāo)定和不能使用標(biāo)定塊的場合，并且不需要控制攝像機做某些特殊運動，因此操作簡便、使用范圍廣泛。同時，本發(fā)明所涉及的標(biāo)定方程求解簡單，計算量遠小于自標(biāo)定法中的Kruppa方程。
本發(fā)明所提供的基于線段的景深標(biāo)定方法還通過輸入驗證線段，并根據(jù)該驗證線段來修改標(biāo)定的結(jié)果，最終得到更加精確的標(biāo)定參數(shù)。



圖1示出了按照本發(fā)明的基于線段的標(biāo)定方法的第一實施例的流程圖； 圖2示出了兩端點組成的一條線段； 圖3示出了按照本發(fā)明的基于線段的標(biāo)定方法的第二實施例的流程圖； 圖4示出了按照本發(fā)明的基于線段的標(biāo)定裝置的第一實施例的框架圖； 圖5示出了按照本發(fā)明的基于線段的標(biāo)定裝置的第二實施例的框架圖。

具體實施例方式 本發(fā)明可以用于室內(nèi)、室外場所，特別適用于遠距離的監(jiān)控場所。
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合實施例和附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。
圖1表示按照本發(fā)明的基于線段的標(biāo)定方法的第一實施例的流程圖。如圖1所示，按照本發(fā)明的基于線段的標(biāo)定方法可以包括 步驟101輸入標(biāo)定線段。從輸入模塊向圖像中輸入三條線段作為三條標(biāo)定線段； 該步驟中的圖像可以是采集的一段視頻中的幀圖像，也可以是當(dāng)前監(jiān)控中的圖像。輸入線段是由用戶手動操作的。具體實施時，輸入線段的操作跟一般的畫圖軟件中畫線段的操作一樣，不同的是，每畫完一條線段后，需要輸入此線段的真實長度，此時計算機也會記錄線段的起始坐標(biāo)。
所述輸入的三條標(biāo)定線段需要滿足以下兩條規(guī)則 (1)遠近規(guī)則，即三條標(biāo)定線段中至少存在一條線段處于圖像所對應(yīng)場景的遠端，至少存在一條線段處于圖像所對應(yīng)場景的近端； (2)非平行規(guī)則，即三條標(biāo)定線段都不能與圖像下邊緣平行，也就是說這三條標(biāo)定線段都不能是圖像中的水平線。
步驟102根據(jù)標(biāo)定線段，獲得相機參數(shù)。根據(jù)三條標(biāo)定線段，分別列出相應(yīng)地標(biāo)定方程并組成方程組，解出該方程組，從而獲得相機參數(shù)。其中相機參數(shù)包括相機的高度H、相機的俯仰角θ以及水平消失線l。
對于任意一條線段((u1，v1)，(u2，v2))(如圖2所示，點(u1，v1)和點(u2，v2)是線段的兩端點，ui表示點i的橫坐標(biāo)，vi表示點i的縱坐標(biāo)，i＝1，2)，結(jié)合消失點以及絕對二次曲線可以列出計算出線段的實際長度L的方程，該方程如下 L2＝Z2MTωM (＊) 其中，M表示消失點，Z表示線段的某個端點到相機的距離，ω表示絕對二次曲線的成像。
消失點M的方程為

其中，k表示線段的兩個端點的深度比，計算公式為

di表示點i到消失線的距離，計算公式為di＝vi-b。
絕對二次曲線的成像ω的計算公式為 其中，K表示相機內(nèi)參矩陣，有

(u0，v0)表示主點，優(yōu)選地將圖像中心坐標(biāo)近似認為是主點。



f表示焦距。
若假設(shè)水平消失線的在圖像中水平，水平消失線l的方程為l＝b；則焦距可表示為
線段的某個端點到相機的距離Z的計算公式為

其中λ表示地面分辨率常數(shù)。
分別將M、Z、ω的計算公式帶入方程(＊)，通過化簡后，方程(＊)中有3個未知數(shù)b、v、λ。
通過三條標(biāo)定線段可以得到三個含有未知數(shù)b、v、λ的方程組，通過解該方程組，獲得b、v、λ的值。
相機的高度H可由下式得到 相機的俯仰角θ可由下式得到 θ＝arctan((v0-b)/f) 水平消失線l即為l＝b。
步驟103根據(jù)相機參數(shù)，獲得并輸出目標(biāo)的標(biāo)定參數(shù)。根據(jù)相機的高度、俯仰角、水平消失線這3個相機參數(shù)，計算圖像中目標(biāo)的標(biāo)定參數(shù)，并且從輸出模塊輸出該標(biāo)定參數(shù)。其中標(biāo)定參數(shù)可以包括目標(biāo)對應(yīng)于真實空間的坐標(biāo)、目標(biāo)的真實高度、目標(biāo)的真實寬度。所述目標(biāo)為用戶在圖像中任意選定的實物或者區(qū)域。
優(yōu)選地，以相機在地面上的投影點作為原點，圖像中坐標(biāo)(x，y)對應(yīng)于真實空間的坐標(biāo)(X，Y)為 其中，H為相機高度，θ為相機的俯仰角，l＝b為水平消失線方程，(u0，v0)表示主點，優(yōu)選地將圖像中心坐標(biāo)近似認為是主點。
圖像中目標(biāo)(x，y)對應(yīng)的真實高度h和寬度w分別為 其中，x1、x2分別為目標(biāo)在圖像中的左端點、右端點坐標(biāo)，y1、y2分別為目標(biāo)在圖像中的下端點、上端點坐標(biāo)。
與現(xiàn)有的標(biāo)定技術(shù)相比，按照本發(fā)明的基于線段的標(biāo)定方法更為簡便，標(biāo)定誤差更小。
圖3表示按照本發(fā)明的基于線段的標(biāo)定方法的第二實施例的流程圖。如圖3所示，按照本發(fā)明的基于線段的標(biāo)定方法可以包括 步驟201輸入標(biāo)定線段和驗證線段。從輸入模塊向圖像中輸入四條線段，將其中三條線段作為標(biāo)定線段，一條線段作為驗證線段。
該步驟中的圖像可以是采集的一段視頻中的幀圖像，也可以是當(dāng)前監(jiān)控中的圖像。輸入線段是由用戶手動操作的。具體實施時，輸入線段的操作跟一般的畫圖軟件中畫線段的操作一樣，不同的是，每畫完一條線段后，需要輸入此線段的真實長度，此時計算機也會記錄線段的起始坐標(biāo)。由于長線段的誤差相對較小，所以本發(fā)明中將圖像中最長的一條線段默認為驗證線段，其余三條線段作為驗證線段。
所述輸入的三條標(biāo)定線段需要滿足以下兩條規(guī)則 (1)遠近規(guī)則，即三條標(biāo)定線段中至少存在一條線段處于圖像所對應(yīng)場景的遠端，至少存在一條線段處于圖像所對應(yīng)場景的近端； (2)非平行規(guī)則，即三條標(biāo)定線段都不能與圖像下邊緣平行，也就是說這三條標(biāo)定線段都不能是圖像中的水平線。
步驟202根據(jù)標(biāo)定線段，獲得相機參數(shù)。根據(jù)三條標(biāo)定線段，分別列出相應(yīng)地標(biāo)定方程并組成方程組，解出該方程組，從而獲得相機參數(shù)并輸出。其中相機參數(shù)包括相機的高度H、相機的俯仰角θ以及水平消失線l。
對于任意一條線段((u1，v1)，(u2，v2))(如圖2所示，點(u1，v1)和點(u2，v2)是線段的兩端點，ui表示點i的橫坐標(biāo)，vi表示點i的縱坐標(biāo)，i＝1，2)，結(jié)合消失點以及絕對二次曲線可以列出計算出線段的實際長度L的方程，該方程如下 L2＝Z2MTωM(＊) 其中，M表示消失點，Z表示線段的某個端點到相機的距離，ω表示絕對二次曲線的成像。
消失點M的方程為

其中，x表示線段的兩個端點的深度比，計算公式為

di表示點i到消失線的距離，計算公式為di＝vi-b。
絕對二次曲線的成像ω的計算公式為 其中，K表示相機內(nèi)參矩陣，有

(u0，v0)表示主點，實施時將圖像中心坐標(biāo)近似認為是主點。



f表示焦距，
假設(shè)水平消失線的在圖像中水平，水平消失線l的方程為l＝b。
線段的某個端點到相機的距離Z的計算公式為

其中λ表示地面分辨率常數(shù)。
分別將M、Z、ω的計算公式帶入方程(＊)，通過化簡后，方程(＊)中有3個未知數(shù)b、v、λ。
通過三條標(biāo)定線段可以得到三個含有未知數(shù)b、v、λ的方程組，通過解該方程組，獲得b、v、λ的值。
相機的高度H可由下式得到 相機的俯仰角θ可由下式得到 θ＝arctan((v0-b)/f) 水平消失線l即為l＝b。
步驟203根據(jù)驗證線段，精確相機參數(shù)。首先微調(diào)標(biāo)定線段的位置和長度，以得到不同的相機參數(shù)，包括相機的高度H、相機的俯仰角θ以及水平消失線l。然后根據(jù)這些不同的相機參數(shù)，通過步驟202中一系列公式的計算(即L2＝Z2MTωM)，可以獲得一組標(biāo)定線段的驗證長度L。最后分別計算這一組標(biāo)定線段的驗證長度L和真實長度(即用戶輸入的驗證線段的輸入長度)的絕對差值，取絕對差值最小的驗證長度所對應(yīng)的相機參數(shù)作為最終的相機參數(shù)，然后將該相機參數(shù)輸出。
步驟204根據(jù)精確的相機參數(shù)，獲得目標(biāo)的標(biāo)定參數(shù)。根據(jù)相機的高度、俯仰角、水平消失線這3個精確的相機參數(shù)，計算圖像中目標(biāo)的標(biāo)定參數(shù)，并且從輸出模塊輸出該標(biāo)定參數(shù)。其中標(biāo)定參數(shù)可以包括目標(biāo)對應(yīng)于真實空間的坐標(biāo)、目標(biāo)的真實高度、目標(biāo)的真實寬度。所述目標(biāo)為用戶在圖像中任意選定的實物(包括人、車、動物等)或者區(qū)域。
優(yōu)選地，以相機在地面上的投影點作為原點，圖像中坐標(biāo)(x，y)對應(yīng)于真實空間的坐標(biāo)(X，Y)為 其中，H為精確的相機高度，θ為精確的相機俯仰角，l＝b為精確的的水平消失線方程，(u0，v0)表示主點，優(yōu)選地將圖像中心坐標(biāo)近似認為是主點。
圖像中目標(biāo)(x，y)對應(yīng)的真實高度h和寬度w分別為 其中，x1、x2分別為目標(biāo)在圖像中的左端點、右端點坐標(biāo)，y1、y2分別為目標(biāo)在圖像中的下端點、上端點坐標(biāo)。
與實施例一相比，實施例二中多了一個精確標(biāo)定過程，稍微增加了計算復(fù)雜度，但其標(biāo)定的誤差更小，標(biāo)定參數(shù)更為精確。
圖4表示按照本發(fā)明的基于線段的標(biāo)定裝置的第一實施例的框架圖。如圖4所示，按照本發(fā)明的基于線段的標(biāo)定裝置可以包括 輸入標(biāo)定線段模塊1，用于在圖像中輸入三條線段作為標(biāo)定線段。
所述輸入的三條標(biāo)定線段需要滿足以下兩條規(guī)則 (1)遠近規(guī)則，即三條標(biāo)定線段中至少存在一條線段處于圖像所對應(yīng)場景的遠端，至少存在一條線段處于圖像所對應(yīng)場景的近端； (2)非平行規(guī)則，即三條標(biāo)定線段都不能與圖像下邊緣平行，也就是說這三條標(biāo)定線段都不能是圖像中的水平線。
獲取相機參數(shù)模塊2，用于根據(jù)標(biāo)定線段，獲得相機參數(shù)。根據(jù)三條標(biāo)定線段，分別列出相應(yīng)地標(biāo)定方程并組成方程組，解出該方程組，從而獲得相機參數(shù)并輸出。其中相機參數(shù)包括相機的高度H、相機的俯仰角θ以及水平消失線l。
獲得并輸出目標(biāo)的標(biāo)定參數(shù)模塊3，用于根據(jù)相機的高度、俯仰角、水平消失線的相機參數(shù)，計算圖像中目標(biāo)的包括目標(biāo)對應(yīng)于真實空間的坐標(biāo)、目標(biāo)的真實高度、目標(biāo)的真實寬度標(biāo)定參數(shù)，并且輸出該標(biāo)定參數(shù)。
該標(biāo)定裝置還包括精確相機參數(shù)模塊，所述精確相機參數(shù)模塊用于根據(jù)驗證線段首先微調(diào)標(biāo)定線段的位置和長度，以得到不同的相機參數(shù)，包括相機的高度H、相機的俯仰角θ以及水平消失線l，然后根據(jù)這些不同的相機參數(shù)，通過L2＝Z2MTωM公式的計算，以獲得一組標(biāo)定線段的驗證長度L，最后分別計算這一組標(biāo)定線段的驗證長度L和真實長度的絕對差值，取絕對差值最小的驗證長度所對應(yīng)的相機參數(shù)作為最終的相機參數(shù)。
圖5表示按照本發(fā)明的基于線段的標(biāo)定裝置的第二實施例的框架圖。如圖5所示，按照本發(fā)明的基于線段的標(biāo)定裝置可以包括 輸入標(biāo)定線段和驗證線段模塊4，用于在圖像中輸入四條線段，將其中三條線段作為標(biāo)定線段，一條線段作為驗證線段。
獲取相機參數(shù)模塊5，用于根據(jù)標(biāo)定線段，獲得相機參數(shù)。根據(jù)三條標(biāo)定線段，分別列出相應(yīng)地標(biāo)定方程并組成方程組，解出該方程組，從而獲得相機參數(shù)并輸出。其中相機參數(shù)包括相機的高度H、相機的俯仰角θ以及水平消失線l。
精確相機參數(shù)模塊6，用于根據(jù)驗證線段，精確相機參數(shù)。首先微調(diào)標(biāo)定線段的位置和長度，以得到不同的相機參數(shù)，包括相機的高度H、相機的俯仰角θ以及水平消失線l。然后根據(jù)這些不同的相機參數(shù)，通過公式L2＝Z2MTωM的計算，可以獲得一組標(biāo)定線段的驗證長度。最后分別計算這一組標(biāo)定線段的驗證長度和真實長度(即用戶輸入的驗證線段的輸入長度)的絕對差值，取絕對差值最小的驗證長度所對應(yīng)的相機參數(shù)作為最終的相機參數(shù)，然后將該相機參數(shù)輸出。
獲取標(biāo)定參數(shù)模塊7，用于根據(jù)精確的相機參數(shù)，獲得目標(biāo)的標(biāo)定參數(shù)。根據(jù)相機的高度、俯仰角、水平消失線這3個精確的相機參數(shù)，計算圖像中目標(biāo)的標(biāo)定參數(shù)并輸出。其中標(biāo)定參數(shù)可以包括目標(biāo)對應(yīng)于真實空間的坐標(biāo)、目標(biāo)的真實高度、目標(biāo)的真實寬度。
以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不限于這里所描述的實現(xiàn)方案，這些實現(xiàn)方案描述的目的在于幫助本領(lǐng)域中的技術(shù)人員實踐本發(fā)明。任何本領(lǐng)域中的技術(shù)人員很容易在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下進行進一步的改進和完善，因此本發(fā)明只受到本發(fā)明權(quán)利要求的內(nèi)容和范圍的限制，其意圖涵蓋所有包括在由所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的備選方案和等同方案。
權(quán)利要求
1.一種基于線段的景深標(biāo)定方法，其特征在于，所述景深標(biāo)定方法包括以下步驟
步驟101輸入標(biāo)定線段；從輸入模塊向圖像中輸入三條線段作為三條標(biāo)定線段；
步驟102根據(jù)標(biāo)定線段，獲得相機參數(shù)；分別列出與每條標(biāo)定線段相對應(yīng)的標(biāo)定方程，然后解由所得的標(biāo)定方程組成的標(biāo)定方程組，以獲得包括相機的高度H、相機的俯仰角θ以及水平消失線l的相機參數(shù)；
步驟103根據(jù)相機參數(shù)，獲得并輸出目標(biāo)的標(biāo)定參數(shù)；根據(jù)相機的高度、俯仰角、水平消失線的相機參數(shù)，計算圖像中目標(biāo)的包括目標(biāo)對應(yīng)于真實空間的坐標(biāo)、目標(biāo)的真實高度、目標(biāo)的真實寬度標(biāo)定參數(shù)，并且從輸出模塊輸出該標(biāo)定參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的景深標(biāo)定方法，其特征在于，所述三條標(biāo)定線段中至少存在一條標(biāo)定線段處于圖像所對應(yīng)場景的遠端，至少存在一條標(biāo)定線段處于圖像所對應(yīng)場景的近端；并且所述三條標(biāo)定線段都不能與圖像下邊緣平行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的景深標(biāo)定方法，其特征在于，對于任意一條標(biāo)定線段((u1，v1)，(u2，v2))，所述標(biāo)定方程包括
L2＝Z2MTωM
其中，點(u1，v1)和點(u2，v2)是該標(biāo)定線段的兩端點，ui表示點i的橫坐標(biāo)，vi表示點i的縱坐標(biāo)，i＝1，2，L表示該標(biāo)定線段的實際長度，M表示消失點，Z表示該標(biāo)定線段的某個端點到相機的距離，ω為絕對二次曲線的像對應(yīng)的矩陣；
其中，消失點M的方程為
其中，k表示線段的兩個端點的深度比，計算公式為
di表示點i到水平消失線的距離，i＝1，2，計算公式為di＝vi-b；
絕對二次曲線的成像ω的計算公式為
其中，K表示相機的內(nèi)參矩陣，
(u0，v0)表示主點，所述主點為圖像中心坐標(biāo)，
f表示焦距，假設(shè)水平消失線l在圖像中水平，水平消失線l的方程為l＝b，則焦距f為
線段的某個端點到相機的距離Z的計算公式為
其中λ表示地面分辨率常數(shù)；
分別將M、Z、ω的計算公式代入所述標(biāo)定方程中，化簡后所述標(biāo)定方程中含有3個未知數(shù)b、v、λ，解與該至少三個標(biāo)定線段相對應(yīng)的標(biāo)定方程以得到b、v、λ的值；和
根據(jù)所得到的b、v、λ的值來獲得標(biāo)定的結(jié)果并輸出，所述標(biāo)定的結(jié)果包括相機的高度H、相機的俯仰角θ和水平消失線l，其中，
相機的高度H由下式得到
相機的俯仰角θ由下式得到
θ＝arctan((v0-b)/f)
水平消失線l為l＝b。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的景深標(biāo)定方法，其特征在于，以相機在地面上的投影點作為原點，圖像中坐標(biāo)(x，y)對應(yīng)于真實空間的坐標(biāo)(X，Y)為
其中，H為相機高度，θ為相機的俯仰角，l＝b為水平消失線方程，(u0，v0)表示主點，優(yōu)選地將圖像中心坐標(biāo)近似認為是主點；
圖像中目標(biāo)(x，y)對應(yīng)的真實高度h和寬度w分別為
其中，x1、x2分別為目標(biāo)在圖像中的左端點、右端點坐標(biāo)，y1、y2分別為目標(biāo)在圖像中的下端點、上端點坐標(biāo)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的景深標(biāo)定方法，其特征在于，所述景深標(biāo)定方法還包括輸入一條驗證線段，根據(jù)驗證線段，得到精確標(biāo)定參數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的景深標(biāo)定方法，其特征在于，在輸入標(biāo)定線段和驗證線段步驟中將圖像中最長的一條線段默認為驗證線段，其余三條線段作為標(biāo)定線段。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6任一所述的景深標(biāo)定方法，其特征在于，所述景深標(biāo)定方法還包括根據(jù)驗證線段，精確相機參數(shù)；首先微調(diào)標(biāo)定線段的位置和長度，以得到不同的相機參數(shù)，包括相機的高度H、相機的俯仰角θ以及水平消失線l，然后根據(jù)這些不同的相機參數(shù)，通過L2＝Z2MTωM公式的計算，以獲得一組標(biāo)定線段的驗證長度L，最后分別計算這一組標(biāo)定線段的驗證長度L和真實長度的絕對差值，取絕對差值最小的驗證長度所對應(yīng)的相機參數(shù)作為最終的相機參數(shù)。
8.一種基于線段的標(biāo)定裝置，其特征在于，該標(biāo)定裝置包括
輸入標(biāo)定線段模塊，用于在圖像中輸入三條線段作為三條標(biāo)定線段；
獲得相機參數(shù)模塊，用于根據(jù)三條標(biāo)定線段，獲得相機參數(shù)；根據(jù)三條標(biāo)定線段，分別列出與每條標(biāo)定線段相對應(yīng)的標(biāo)定方程，然后解由所得的標(biāo)定方程組成的標(biāo)定方程組，以獲得包括相機的高度H、相機的俯仰角θ以及水平消失線l的相機參數(shù)；
獲得并輸出目標(biāo)的標(biāo)定參數(shù)模塊，用于根據(jù)相機的高度、俯仰角、水平消失線的相機參數(shù)，計算圖像中目標(biāo)的包括目標(biāo)對應(yīng)于真實空間的坐標(biāo)、目標(biāo)的真實高度、目標(biāo)的真實寬度標(biāo)定參數(shù)，并且輸出該標(biāo)定參數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的標(biāo)定裝置，其特征在于，該標(biāo)定裝置還包括精確相機參數(shù)模塊，所述精確相機參數(shù)模塊用于根據(jù)驗證線段首先微調(diào)標(biāo)定線段的位置和長度，以得到不同的相機參數(shù)，包括相機的高度H、相機的俯仰角θ以及水平消失線l，然后根據(jù)這些不同的相機參數(shù)，通過L2＝Z2MTωM公式的計算，以獲得一組標(biāo)定線段的驗證長度L，最后分別計算這一組標(biāo)定線段的驗證長度L和真實長度的絕對差值，取絕對差值最小的驗證長度所對應(yīng)的相機參數(shù)作為最終的相機參數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的標(biāo)定裝置，其特征在于，所述輸入標(biāo)定線段模塊還包括驗證線段模塊，用于在圖像中輸入四條線段；其中，所述輸入標(biāo)定線段模塊容納有作為標(biāo)定線段的三條標(biāo)定線段，所述驗證線段模塊容納有作為驗證線段的一條驗證線段。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于線段的標(biāo)定方法及裝置，適用于室內(nèi)、室外場所的景深標(biāo)定。首先在圖像中輸入三條或者四條線段，三條作為標(biāo)定線段，一條作為驗證線段。然后根據(jù)標(biāo)定線段，獲得標(biāo)定參數(shù)。最后根據(jù)驗證線段，精確標(biāo)定參數(shù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的標(biāo)定方法更為簡便，標(biāo)定誤差更小，標(biāo)定參數(shù)更為精確。
文檔編號G06T7/00GK101814184SQ20101003389
公開日2010年8月25日 申請日期2010年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月15日
發(fā)明者付國亮, 曾建平, 楊學(xué)超 申請人:北京智安邦科技有限公司