CN103258322A - 不同投影角度下动态目标高度的确定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了不同投影角度下动态目标高度的确定方法，其包括如下步骤：（1）利用集成了画面动态目标捕捉的实时图像采集装置来得到地面物体在影像画面中的位置坐标；（2）根据得到的位置坐标信息，把地面物体投影到影像画面后的像素块上的若干有效点还原到地面上的实际位置；（3）最后根据地面物体在摄像机投影下的几何关系来计算动态目标的实际高度和位置。本发明提供的确定方法简单易行，不需要考虑摄像机参数的特点，能够对地面上的点进行粗略的位置还原，可以满足对精度要求不高的应用场景。
Description
技术领域
本发明涉及图像的识别与摄像机标定技术，具体涉及一种在不同投影角度下动态目标高度的确定方法。
背景技术
在一些场景中对人员的走动以及他们所处的位置要求十分严格，例如设有高压电设备的场所以及某些体育项目，在这些情形下不仅要求实时监控人员的实际位置，还要确定能够代表人的最大有效边界，借助这样的概念来进行管理。
在计算机视觉领域中凡涉及到对象识别的都要借助双目摄像机进行精确地定位和三维重建，无论算法还是操作都特别复杂。很多情况下并不需要特别精确的定位和三维重建，可能仅仅需要确定被监测物体的有效边界的估算值。
由此提供一种不需要考虑摄像机参数特点，且计算简单能够对精度要求不高的应用场景的识别方案是本领域亟需解决的问题。
发明内容
本发明针对现有计算机视觉领域中进行对象识别时需要借助双目摄像机，并且其计算复杂等问题，而提供一种实时的将影像画面中动态目标的高度还原到其在三维空间中的位置和高度的方法。该方法不需要考虑摄像机参数的特点，且计算简单。
为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：
不同投影角度下动态目标高度的确定方法，该方法包括如下步骤：
（1）利用集成了画面动态目标捕捉的实时图像采集装置来得到地面物体在影像画面中的位置坐标；
（2）根据得到的位置坐标信息，把地面物体投影到影像画面后的像素块上的若干有效点还原到地面上的实际位置；
（3）最后根据地面物体在摄像机投影下的几何关系来计算动态目标的实际高度和位置。
在本发明的优选实例中，所述步骤（2）中通过如下公式来进行实际位置的标定：
该公式中X，Y为影像画面中点的像素坐标，xw，yw为与影像画面中的点对应的地面上的点的实际坐标，L是经过预标定方法所确定的参考系数。
由上述方案可知，本发明提供的确定方法简单易行，不需要考虑摄像机参数的特点，能够对地面上的点进行粗略的位置还原，可以满足对精度要求不高的应用场景。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
图1为本发明的实施流程图；
图2为本发明实施时相应的实物几何关系示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
本发明提供一种能够在不同投影角度下确定动态目标高度的方法，该方法实时的将影像画面中动态目标的高度还原到其在三维空间中的位置和高度，并以此来确定动态目标的高度。由此，本发明的具体方案如下：
首先，利用集成了画面动态目标捕捉的实时图像采集装置来得到地面物体在影像画面中的位置坐标信息；
接着，根据获得信息，再利用相应的影像实际位置的实现方法把地面物体表面的若干有效点还原到地面上；
最后，再根据地面物体与摄像机，在其投影下的几何关系来计算动态目标的实际高度和位置。
基于上述方案，本发明的具体实施如下：
参见图1，第1步，由具有画面动态目标捕捉功能的实时图像采集装置（或图像采集***）来得到地面物体在影像画面中的位置信息，即地面物体（或地面目标或动态目标）投影到影像画面后的像素块的位置信息。这些位置信息具体包括像素块的位置坐标、高度以及宽度等信息。
第2步，将得到的像素块的位置坐标、高度以及宽度等信息传输至像素定位***。
第3步，像素定位***利用影像实际位置计算方法将像素块上面的若干个有效点还原到地面上的实际位置（如图2所示的坐标2和3）。
在该步骤中，像素定位***会接收图像采集装置传至的地面物体投影到影像画面后的像素块的位置信息，具体为一个(X,Y，W，H)的数组，其中X、Y分别代表像素块左下角的横，纵坐标，W、H分别代表像素块的有效高度，宽度，即包围像素块的最小矩形的宽度和高度。像素定位***通过对(X,Y)加入适当的偏移量来确定动态目标上面的有效点，并将其利用影像实际位置标定方法还原到地面上的实际位置来进行识别。
本实例中采用的影像实际位置标定方法，利用如下公式
通过相应的变换和计算来得到影象实际位置，其中X，Y代表影像画面中点的像素坐标，xw，yw代表了与影像画面中的点对应的地面上的点的实际坐标，L是经过预标定方法所确定的参考系数。
针对公式（1），通过变换得到
根据公式（2）可知，其包含8个未知数，因此要完全获得系数就需要8个对应的方程。由于每一个地面坐标与对应的画面坐标都有公式(1)表示的关系，所以每一对这样的点便提供了2个方程，由此本发明利用4个预标定点来初始化各个L的系数，当得到8个线性方程组以后，再使用高斯_约当消去法来解除各个L的系数。
利用上述预标定方法得到的L系数,代入公式（2）中得到：
最后，通过公式（3）即可计算得到与影像画面中的点对应的地面上的点的实际坐标。
第4步，将得到的实际坐标信息传至相应的识别***。
第5步，如图2所示，识别***建立相应的地面坐标系，测量图像采集装置中摄像机的方案位置信息，获得摄像机位于地面坐标系中的坐标1，以及摄像机的安放高度h。识别***将接收到的实际坐标信息，如坐标2和3，投放到地面坐标***，再根据地面物体在摄像机投影下，与摄像机之间的几何关系来计算动态目标的实际高度和位置。具体实现如下：
分别用P1，P2，P3来表示坐标1,2,3所对应的地面坐标系中的点，构造相应的距离函数distance(A,B)，例如distance(P1,P3)表示坐标1与坐标3在坐标体系中对应点之间的距离，distance(P2,P3)表示坐标2与坐标3在坐标体系中对应点之间的距离，同时设定动态目标的实际高度为H，则根据图2所示的几何关系就能够得到
根据(4)就可以确定动态目标的实际高度H的估算值。
通过上述方案可知，本发明的整体特点在于不需要考虑摄像机安放的角度，也就是说图2所表示的实物几何关系无论在怎样的投影角度下都是成立的，这样本发明所提供的高度估算方法就可以在不同的投影角度下奏效。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (2)
1.不同投影角度下动态目标高度的确定方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
（1）利用集成了画面动态目标捕捉的实时图像采集装置来得到地面物体在影像画面中的位置坐标；
（2）根据得到的位置坐标信息，把地面物体投影到影像画面后的像素块上的若干有效点还原到地面上的实际位置；
（3）最后根据地面物体在摄像机投影下的几何关系来计算动态目标的实际高度和位置。
2.根据权利要求1所述的不同投影角度下动态目标高度的确定方法，其特征在于，所述步骤（2）中通过如下公式来进行实际位置的标定：
该公式中X，Y为影像画面中点的像素坐标，xw·yw为与影像画面中的点对应的地面上的点的实际坐标，L是经过预标定方法所确定的参考系数。
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