CN103389042A - 基于深度图像的地面自动检测以及场景高度计算的方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于深度图像的地面自动检测以及场景高度计算的方法,如果某点计算得到的h满足H1<h<H2且d<Thsmooth,那么判断此点位于地面上;将所有满足条件的点提取出来,并通过二值图像标记法找到面积最大的一块区域,此区域即被认定为是地面;在判断了地面以后,将L_matrix矩阵中地面区域的l3进行平均,得到一个,此即为平面法向量在摄像机坐标系下的表示;而地面区域h的平均值即为摄像机的安装高度;对任意图像点,其高度计算公式为:
Description
技术领域
本发明涉及一种地面检测及高度测量方法,具体为一种基于深度图像的地面自动检测以及场景高度计算的方法。
背景技术
在现代智能监控***以及智能机器人应用中,地面的检测对于目标检测以及机器人的路径规划都有着相当重要的意义,但是传统的光学以及声学传感器均不能够很稳定的检测到地面。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种基于深度图像的地面自动检测以及场景高度计算的方法,其利用深度图像进行地面的自动检测,再依据地面检测的结果,计算场景中所有点距离地面的高度。这些高度信息使得智能监控***以及智能机器人对于场景的理解更加深入,透彻。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现:
一种基于深度图像的地面自动检测以及场景高度计算的方法,具体步骤如下:
步骤(1)、背景建模
首先对完全静止的场景,利用深度摄像机采集M帧深度图像depthm,m=1,2,…,M,对M帧深度图像的进行累加,得到累加和图像S,同时统计每一像素上在M帧深度图像中有效深度值出现的次数,得到一幅表示M帧图像中有效值出现次数的图像Valid,其图像值计算如下:
;
步骤(2)、利用深度摄像机内参数矩阵的参数,计算背景在深度摄像机坐标系下的坐标,像素(u,v)处背景在摄像机坐标系下的坐标计算方法为: ,并将xc(u,v), yc(u,v) ,zc(u,v)保存起来,得到三幅与背景深度图同样大小的图像xc, yc ,zc;
步骤(5)、利用p2,p3,p4拟合平面,令,利用叉积计算拟合平面的法向量 ,并计算此平面与p1的距离d(u,v)=(p1-p2) ×l3,以及摄像机坐标系原点与此平面的距离h(u,v)=-p2×l3,此处的×号表示两个向量之间的点乘;同时将l3作为一个向量按照图像坐标(u’,v’)的顺序保存起来,即L_matrix(u’,v’)=l3;
步骤(6)、对所有的点做步骤(3)、步骤(4)、步骤(5)的操作,得到所有点的d以及h;
步骤(7)、利用先验知识,输入估计的摄像头高度范围H1,H2,如果某点计算得到的h满足H1<h <H2且d<Thsmooth,那么判断此点位于地面上;其中Thsmooth是用于判断p1,p2,p3,p4是否在同一个平面上的阈值;
步骤(8)、将所有满足步骤(7)给出条件的点提取出来,并通过二值图像标记法找到面积最大的一块区域,此区域即被认定为是地面;
与现有技术相比,本发明的有益效果是:该方法其利用深度图像进行地面的自动检测,再依据地面检测的结果,计算场景中所有点距离地面的高度。这些高度信息使得智能监控***以及智能机器人对于场景的理解更加深入,透彻。
具体实施方式
为了使本发明的技术手段、创作特征、工作流程、使用方法达成目的与功效易于明白了解,下面进一步阐述本发明。
为了更好的理解本发明,首先对一些概念进行了定义或说明。
1、深度图像:是指由深度摄像机输出并包含场景深度信息的图像,与普通图像表示场景的灰度或者颜色不同,深度图像表示的是场景点与深度摄像机之间的距离信息。
2、深度摄像机:是指能够利用以下三种技术之一或者三种技术进行融合得到场景深度信息的摄像机,这三种技术指:结构光编码(structure light coding),双目视觉技术(binocular),飞行时间法(time of flight)。
4、地面:是指场景中能够占据深度图像中下半部分最大面积的一块平面,要求在安装深度摄像机的时候,通过调整摄像头安装角度使得深度图像下半部分能够很好的反映地面的深度信息。
一种基于深度图像的地面自动检测以及场景高度计算的方法,具体步骤如下:
步骤(1)、背景建模
首先对完全静止(不存在运动前景目标)的场景,利用深度摄像机采集M帧深度图像depthm,m=1,2,…,M,对M帧深度图像的进行累加,得到累加和图像S,同时统计每一像素上在M帧深度图像中有效深度值出现的次数,得到一幅表示M帧图像中有效值出现次数的图像Valid,其图像值计算如下:
步骤(2)、利用深度摄像机内参数(intrinsic parameters)矩阵的参数,计算背景在深度摄像机坐标系下的坐标,像素(u,v)处背景在摄像机坐标系下的坐标计算方法为: ,并将xc(u,v), yc(u,v) ,zc(u,v)保存起来,得到三幅与背景深度图同样大小的图像xc, yc ,zc。
步骤(3)、在背景深度图像Valid的下半部分中,对每个像素(u’,v’),选取三个分别位于的点,其中bias表示选取的像素距离当前需要判断的像素的图像距离,需要说明的是,三个点的排列方式并不严格要求按照给出的坐标选取,也可以是按照任意规则选取三个点,这种选点方式的变化,并不改变本发明的实质。
步骤(5)、利用p2,p3,p4拟合平面,令,利用叉积计算拟合平面的法向量 ,并计算此平面与p1的距离d(u,v)=(p1-p2) ×l3,以及摄像机坐标系原点与此平面的距离h(u,v)=-p2×l3,此处的×号表示两个向量之间的点乘;同时将l3作为一个向量按照图像坐标(u’,v’)的顺序保存起来,即L_matrix(u’,v’)=l3。
步骤(6)、对所有的点做步骤(3), 步骤(4), 步骤(5)的操作,得到所有点的d以及h。
步骤(7)、利用先验知识,输入估计的摄像头高度范围H1,H2,如果某点计算得到的h满足H1<h <H2且d<Thsmooth,其中Thsmooth是用于判断p1,p2,p3,p4是否在同一个平面上的阈值,一般设为,那么判断此点位于地面上。
步骤(8)、将所有满足步骤(7)给出条件的点提取出来,并通过二值图像标记法找到面积最大的一块区域,此区域即被认定为是地面。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。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。本发明的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (2)
1.一种基于深度图像的地面自动检测以及场景高度计算的方法,其特征在于,具体步骤如下:
步骤(1)、背景建模
首先对完全静止的场景,利用深度摄像机采集M帧深度图像depthm,m=1,2,…,M,对M帧深度图像的进行累加,得到累加和图像S,同时统计每一像素上在M帧深度图像中有效深度值出现的次数,得到一幅表示M帧图像中有效值出现次数的图像Valid,其图像值计算如下:
步骤(2)、利用深度摄像机内参数矩阵的参数,计算背景在深度摄像机坐标系下的坐标,像素(u,v)处背景在摄像机坐标系下的坐标计算方法为: ,并将xc(u,v), yc(u,v) ,zc(u,v)保存起来,得到三幅与背景深度图同样大小的图像xc, yc ,zc;
步骤(3)、在背景深度图像Valid的下半部分中,对每个像素(u’,v’),选取三个分别位于 的点,其中bias表示选取的像素距离当前需要判断的像素的图像距离;
步骤(4)、分别在图像xc, yc ,zc中,读取四个点(u’,v’),的图像值,并按照下列方式排列成点的坐标:
步骤(5)、利用p2,p3,p4拟合平面,令,利用叉积计算拟合平面的法向量 ,并计算此平面与p1的距离d(u,v)=(p1-p2) ×l3,以及摄像机坐标系原点与此平面的距离h(u,v)=-p2×l3,此处的×号表示两个向量之间的点乘;同时将l3作为一个向量按照图像坐标(u’,v’)的顺序保存起来,即L_matrix(u’,v’)=l3;
步骤(6)、对所有的点做步骤(3)、步骤(4)、步骤(5)的操作,得到所有点的d以及h;
步骤(7)、利用先验知识,输入估计的摄像头高度范围H1,H2,如果某点计算得到的h满足H1<h <H2且d<Thsmooth,那么判断此点位于地面上;其中Thsmooth是用于判断p1,p2,p3,p4是否在同一个平面上的阈值;
步骤(8)、将所有满足步骤(7)给出条件的点提取出来,并通过二值图像标记法找到面积最大的一块区域,此区域即被认定为是地面;
2.根据权利要求1所述的基于深度图像的地面自动检测以及场景高度计算的方法,其特征在于,步骤(7)中设。
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