專利名稱：基于單目攝像機(jī)的深度、深度場(chǎng)及物體大小的測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域，涉及一種根據(jù)單目攝像機(jī)的云臺(tái)旋轉(zhuǎn)與鏡頭變焦測(cè)量被攝物體深度，對(duì)應(yīng)視場(chǎng)的深度場(chǎng)及被攝物體的實(shí)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(lái)越廣泛地應(yīng)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(tái)鏡頭控制的攝像機(jī)，特別是球形云臺(tái)鏡頭一體化攝像機(jī)，這類攝像機(jī)可以通過(guò)控制云臺(tái)水平旋轉(zhuǎn)和垂直旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)方位改變和定位，并可通過(guò)控制鏡頭焦距實(shí)現(xiàn)變焦，但還不能用這些攝像機(jī)直接測(cè)量被攝物體(或場(chǎng)景)的深度(即與攝像機(jī)的距離)和尺寸。而場(chǎng)景深度是很有用的信息，可用于目標(biāo)識(shí)別和檢測(cè)、行為分析等?，F(xiàn)有的場(chǎng)景深度測(cè)量主要有基于飛行時(shí)間、多目成像、單目平移等方法?；陲w行時(shí)間的方法是傳感器主動(dòng)向整個(gè)場(chǎng)景中每一點(diǎn)發(fā)送脈沖或正弦調(diào)制光波信號(hào)，并檢測(cè)反射波，通過(guò)這兩種波的時(shí)延或相位差來(lái)估算場(chǎng)景中每一個(gè)點(diǎn)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(guò)多目成像立體匹配的方法來(lái)估計(jì)深度的方法，大都是基于攝像機(jī)陣列即多臺(tái)攝像機(jī)對(duì)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(lái)確定物體的深度，以實(shí)現(xiàn)對(duì)物體三維信息的感知，獲取深度。這種方法需要至少二臺(tái)標(biāo)定的攝像機(jī)，成本也較高，安裝也不方便。現(xiàn)階段基于單目攝像機(jī)對(duì)空間點(diǎn)進(jìn)行深度測(cè)量的研究，主要是通過(guò)控制攝像機(jī)做平移運(yùn)動(dòng)，利用平移向量和極點(diǎn)信息來(lái)線性求解內(nèi)參數(shù)，與多目成像立體匹配估計(jì)深度原理相同。但攝像機(jī)平移運(yùn)動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不適用于視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種基于單目攝像機(jī)的測(cè)量深度、深度場(chǎng)以及被測(cè)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(tái)的普通視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)，實(shí)現(xiàn)物體深度及實(shí)際尺寸的測(cè)量，有效地解決了視頻監(jiān)控中的測(cè)量問(wèn)題。本發(fā)明提供了一種基于單目攝像機(jī)的深度測(cè)量的方法，利用云臺(tái)旋轉(zhuǎn)測(cè)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(duì)于給定的攝像機(jī)方位和鏡頭焦距f，也即給定的視場(chǎng)，采集圖像A ；(2)通過(guò)云臺(tái)控制攝像機(jī)水平或垂直旋轉(zhuǎn)一角度θ，采集圖像B ；(3)對(duì)于物點(diǎn)Q，在圖像A中像點(diǎn)為Q’(Xl，yi)，利用圖像匹配算法找到其在圖像B 中像點(diǎn)Q” U2，y2)，其中圖像坐標(biāo)原點(diǎn)與光軸重合；(4)按如下公式計(jì)算物點(diǎn)Q的深度Z
權(quán)利要求
1.一種基于單目攝像機(jī)的深度測(cè)量方法，利用云臺(tái)旋轉(zhuǎn)測(cè)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(duì)于給定的攝像機(jī)方位和鏡頭焦距f，也即給定的視場(chǎng)，采集圖像A；(2)通過(guò)云臺(tái)控制攝像機(jī)水平或垂直旋轉(zhuǎn)一角度θ，采集圖像B；(3)對(duì)于物點(diǎn)Q，其在圖像A中像點(diǎn)為Q’(Xl，yi)，利用圖像匹配算法找到其在圖像B中像點(diǎn)Q” U2，y2)，其中圖像坐標(biāo)原點(diǎn)與光軸設(shè)為重合；(4)按如下公式計(jì)算物點(diǎn)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(tái)水平或垂直轉(zhuǎn)動(dòng)軸的距離，μ是對(duì)應(yīng)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(diǎn)Q’與像點(diǎn)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(jī)的深度測(cè)量方法，其特征在于，采用如下步驟測(cè)量鏡頭光心到云臺(tái)水平或垂直轉(zhuǎn)動(dòng)軸的距離L (1)對(duì)于給定的攝像機(jī)鏡頭焦距f，轉(zhuǎn)動(dòng)云臺(tái)，選包含已知深度為&的物點(diǎn)P的視場(chǎng)， 采集圖像Atl，物點(diǎn)P在圖像Atl中的像點(diǎn)為P’ U3，y3)，其中圖像坐標(biāo)原點(diǎn)與光軸重合；(2)通過(guò)云臺(tái)控制攝像機(jī)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(duì)應(yīng)的物點(diǎn)P在圖像Btl中的像點(diǎn)為P”(χ4, y4)；計(jì)算攝像機(jī)水平或垂直轉(zhuǎn)動(dòng)原點(diǎn)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(duì)應(yīng)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(diǎn)P’ 與像點(diǎn)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(jī)的深度場(chǎng)測(cè)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(diǎn)對(duì)應(yīng)物點(diǎn)的深度值，并利用各像素點(diǎn)的深度可靠性進(jìn)行深度修正，得到圖像A或B對(duì)應(yīng)的深度場(chǎng)。
4.一種基于單目攝像機(jī)的深度場(chǎng)測(cè)量方法，其特征在于，采用如下步驟獲得一大視場(chǎng)圖像的深度場(chǎng)(1)采集該視場(chǎng)的一幅圖像C;(2)控制云臺(tái)方位，并控制攝像機(jī)鏡頭焦距，使鏡頭有較長(zhǎng)的焦距，采集一系列圖像Di, 使圖像Di及其深度場(chǎng)遍歷圖像C ；(3)用權(quán)利要求3所述的方法計(jì)算所采集圖像Di的深度場(chǎng)；(4)用圖像匹配算法使圖像C中的每個(gè)像素點(diǎn)在圖像Di中找到對(duì)應(yīng)點(diǎn)，將其深度值作為C中對(duì)應(yīng)像素的深度值，得到圖像C的深度場(chǎng)。
5.一種基于單目攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)深度及其大小測(cè)量方法，其特征在于，采用如下方式獲得運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的深度信息及其大小(1)采集該視場(chǎng)不同時(shí)刻的一組圖像Ci,用權(quán)利要求3或4所述的方法分別計(jì)算Ci的深度場(chǎng)；(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(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)算法檢測(cè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)區(qū)域，將每個(gè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)所覆蓋的背景像素的最小深度作為該運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的深度估計(jì)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的深度、鏡頭焦距及運(yùn)動(dòng)目標(biāo)在圖像中的像素范圍估算該運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的大小。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于單目攝像機(jī)的深度測(cè)量方法，利用云臺(tái)旋轉(zhuǎn)測(cè)量靜止物體的深度信息，包括給定的攝像機(jī)方位和鏡頭焦距，采集一幅圖像；通過(guò)云臺(tái)控制攝像機(jī)水平或垂直旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，再采集一幅圖像；通過(guò)圖像匹配算法找到兩幅圖像中匹配的像點(diǎn)；計(jì)算該像點(diǎn)對(duì)應(yīng)的物點(diǎn)深度。本發(fā)明還公開(kāi)了一種基于單目攝像機(jī)的深度場(chǎng)測(cè)量方法以及基于單目攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)深度及其大小測(cè)量方法測(cè)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(tái)的普通視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)，實(shí)現(xiàn)物體深度及實(shí)際尺寸的測(cè)量，有效地解決了視頻監(jiān)控中的測(cè)量問(wèn)題。
文檔編號(hào)G01B11/22GK102168954SQ20111000717
公開(kāi)日2011年8月31日 申請(qǐng)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(qǐng)人:浙江大學(xué)