一種確定立體相機高度與俯仰角的方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及立體視覺領(lǐng)域，尤其涉及一種確定立體相機高度與俯仰角的方法及裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 立體相機可以獲取觀測目標的三維信息，在三維空間中，很多二維圖像上難以處 理的問題可以更容易地解決，如目標準確定位、實際尺寸、距離、速度等。立體相機是實現(xiàn)立 體視覺系統(tǒng)的一種主要策略，在智能交通、智慧城市等安防領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值和發(fā) 展?jié)摿?。立體相機重建的三維圖像一般體現(xiàn)在以立體相機的某個相機光心為原點建立的相 機坐標系中。在一些實際應(yīng)用中需要獲得三維圖像中的前景目標在環(huán)境中的相對位置，這 就需要在環(huán)境中選擇一個基準坐標系來描述立體相機的位置，該坐標系成為世界坐標系， 并需要計算相機坐標系相對世界坐標系的映射關(guān)系，從而確定前景目標在環(huán)境中的相對位 置。相機坐標系和世界坐標系之間的映射關(guān)系包含高度與俯仰角在內(nèi)的6個自由度。并且， 在大多數(shù)應(yīng)用中，只需要立體相機相對于世界坐標系中參考面的高度與俯仰角信息。
[0003] 傳統(tǒng)的使用標定板及其它標定物的方法獲得完整的6個自由度的相機坐標系與世 界坐標系對應(yīng)關(guān)系。該方法需要借助標定物，并需要多次挪動標定物，以獲取多組圖像對從 而進行處理，效率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種確定立體相機高度與俯仰角的方法及裝置，以解決現(xiàn)有 技術(shù)需要借助標定物，處理效率低的問題。
[0005] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0006] 本發(fā)明實施例提供了一種確定立體相機高度與俯仰角的方法，立體相機的基線與 參考面平行，立體相機的各光軸平行且視野里包括所述參考面，包括：
[0007] 使用預(yù)先標定得到的所述立體相機的內(nèi)外參數(shù)，對所述立體相機拍攝的一個圖像 對中的第一圖像和第二圖像進行外極線校正；
[0008] 確定視差與圖像坐標系縱坐標的對應(yīng)關(guān)系，所述視差為在外極線校正后的第一圖 像中選擇的參考區(qū)域中的像素點在外極線校正后的第二圖像中的視差，所述參考區(qū)域是包 含所述參考面的圖像的區(qū)域；
[0009] 根據(jù)所述視差與圖像坐標系縱坐標的對應(yīng)關(guān)系，以及三角法三維重建原理，確定 相機光軸在所述參考面上的投影方程；
[0010] 根據(jù)所述相機光軸在所述參考面上的投影方程和所述相機光軸之間的三角關(guān)系， 確定所述立體相機相對所述參考面的高度和俯仰角。
[0011] 基于與方法同樣的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明實施例還提供一種確定立體相機高度與俯仰 角的裝置，立體相機的基線與參考面平行，立體相機的各光軸平行且視野里包括所述參考 面，該裝置包括：
[0012] 外極線校正模塊，用于使用預(yù)先標定得到的所述立體相機的內(nèi)外參數(shù)，對所述立 體相機拍攝的一個圖像對中的第一圖像和第二圖像進行外極線校正；
[0013] 對應(yīng)關(guān)系確定模塊，用于確定視差與圖像坐標系縱坐標的對應(yīng)關(guān)系，所述視差為 在外極線校正后的第一圖像中選擇的參考區(qū)域中的像素點在外極線校正后的第二圖像中 的視差，所述參考區(qū)域是包含所述參考面的圖像的區(qū)域；
[0014]投影方程確定模塊，用于根據(jù)所述視差與圖像坐標系縱坐標的對應(yīng)關(guān)系，以及三 角法三維重建原理，確定相機光軸在所述參考面上的投影方程；
[0015] 高度和俯仰角確定模塊，用于根據(jù)所述相機光軸在所述參考面上的投影方程和所 述相機光軸之間的三角關(guān)系，確定所述立體相機相對所述參考面的高度和俯仰角。
[0016] 本發(fā)明實施例提出的方法及裝置只需要對一個圖像對進行分析就能確定出立體 相機相對參考面的高度與俯仰角，不使用標定板、標定塊等輔助工具，對環(huán)境要求低，易于 實現(xiàn)，通用性強。另外，不需要通過挪動標定物獲取多組圖像對，提高了處理效率。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明實施例提供的確定立體相機高度與俯仰角的方法流程圖；
[0018] 圖2為本發(fā)明實施例中，立體相機所采集的圖像對；
[0019]圖3為本發(fā)明實施例中，Gvd示意圖；
[0020] 圖4為本發(fā)明實施例中，在Gvd中確定的cf(v)示意圖；
[0021] 圖5為本發(fā)明實施例中，通過擬合得到的d = kW示意圖；
[0022] 圖6為本發(fā)明實施例中，相機坐標系與世界坐標系關(guān)系示意圖；
[0023] 圖7為本發(fā)明實施例中，立體相機高度與俯仰角滿足的幾何約束示意圖；
[0024] 圖8為本發(fā)明實施例提供的確定立體相機高度與俯仰角的裝置流程圖。
【具體實施方式】
[0025] 架設(shè)的立體相機需要滿足如下條件:立體相機的基線平行于參考面，各光軸平行 且視野里包括參考面。并進行如下立體相機內(nèi)外參數(shù)的標定:立體相機的基線B，立體相機 的焦距f，圖像中心點在圖像坐標系中的坐標(u Q，VQ)。當需要獲知圖像檢測到的前景目標在 環(huán)境中的相對位置時，需要確定環(huán)境中的參考面，并基于確定的參考面建立相機坐標系和 世界坐標系。
[0026] 下面對參考面、相機坐標系、世界坐標系、圖像坐標系，以及本發(fā)明實施例所基于 的系統(tǒng)架構(gòu)和相機參數(shù)標定進行說明。
[0027] 參考面:需選擇環(huán)境中靜態(tài)的，位于立體相機的視野中，且面積較大的面作為參考 面，例如地平面、桌面等等。
[0028] 相機坐標系：以立體相機中的某個相機(例如雙目立體相機的左相機)的光心為原 點建立的坐標系。相機坐標系的一個坐標軸(本發(fā)明實施例中稱為相機坐標系的z軸)為該 相機的光軸;另一個坐標軸(本發(fā)明實施例中稱為相機坐標系的X軸)與參考面平行，又一個 坐標軸(本發(fā)明實施例中稱為相機坐標系的y軸)與X軸和z軸所在平面垂直。
[0029] 圖像坐標系：以圖像中的某個像素點（通常為左上頂點）為坐標原點，圖像的行方 向為橫軸u，圖像的列方向為縱軸v建立的坐標系。圖像坐標系的橫軸與相機坐標系的X軸對 應(yīng)，圖像坐標系的縱軸與相機坐標系的y軸對應(yīng)。
[0030] 世界坐標系：以參考面上的某個環(huán)境點為原點建立的坐標系。相機坐標系的z軸在 參考面上的投影為世界坐標系的一個坐標軸(本發(fā)明實施例中稱為世界坐標系的Z軸）；世 界坐標系的X軸在參考面上(本發(fā)明實施例中稱為世界坐標系的Y軸）；世界坐標系的Y軸垂 直于參考面。
[0031] 下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案進行詳細說明。
[0032] 本發(fā)明實施例提供了一種確定立體相機高度與俯仰角的方法，該方法基于按照上 述條件架設(shè)的立體相機，如圖1所示，該方法包括如下操作：
[0033] 步驟100、使用預(yù)先標定得到的立體相機的內(nèi)外參數(shù)，對上述立體相機拍攝的一個 圖像對中的第一圖像和第二圖像進行外極線校正。
[0034] 如果立體相機是雙目相機，則第一圖像和第二圖像分別是雙目相機的兩個相機同 時拍攝的圖像。
[0035] 如果立體相機是三目相機或者更多目的相機，則第一圖像是選定相機的圖像，第 二圖像是立體相機中的與選定相機有公共視野的任一相機同時拍攝的圖像。
[0036] 經(jīng)過外極線校正后，同一環(huán)境點在第一圖像中對應(yīng)的像素點的縱坐標與在第二圖 像中對應(yīng)的像素點的縱坐標相同，同一環(huán)境點在第一圖像中對應(yīng)的像素點的橫坐標與在第 二圖像中對應(yīng)的像素點的橫坐標的差稱為視差。此處的縱坐標為圖像坐標系中的縱坐標。 [0037]步驟110、確定視差與圖像坐標系縱坐標的對應(yīng)關(guān)系，上述視差為在外極線校正后 的第一圖像中選擇的參考區(qū)域中的像素點在外極線校正后的第二圖像中的視差，上述參考 區(qū)域是包含上述參考面的圖像的區(qū)域。
[0038]外極線校正后的第一圖像中的像素點與外極線校正后的第二圖像中對應(yīng)的像素 點的橫坐標差值，即為外極線校正后的第一圖像中的該圖像點在外極線校正后的第二圖像 中的視差d。此處的橫坐標為圖像坐標系中的橫坐標。
[0039] 本發(fā)明實施例中，同一環(huán)境點在兩個圖像中對應(yīng)的像素點，互為對應(yīng)的像素點。
[0040] 步驟120、根據(jù)上述視差與圖像坐標系縱坐標的對應(yīng)關(guān)系，以及三角法三維重建原 理，確定相機光軸在上述參考面上的投影方程。
[0041] 上述視差與圖像坐標系縱坐標具有線性對應(yīng)關(guān)系，可以通過如下線性方程表示:d =k*v+b* 〇
[0042] 三角法三維重建原理反映了如下對應(yīng)關(guān)系：
[0043] 相機坐標系的y軸坐標與視差、圖像坐標系的縱坐標和立體相機的基線的關(guān)系可 通過如下關(guān)系式表達：
[0044] 相機坐標系的z軸坐標與視差、立體相機的基線和焦距存在線性關(guān)系，可通過如下 關(guān)系式表達：
[0045]結(jié)合上述三個表達式，可以確定出相機光軸在上述參考面上的投影方程z = kgy+bg 中的參數(shù)kg和bg:
[0046]
[0047]
[0048] 最終得到相機光軸在上述參考面上的投影方程。
[0049] 本步驟中，確定的是立體相機中拍攝第一圖像的相機的光軸在上述參考面上的投 影方程。