交通监视环境下的路况摄像机标定方法,申请号CN200710022810.7-传众专利搜索

发明名称	交通监视环境下的路况摄像机标定方法
摘要	交通监视环境下的路况摄像机标定方法，包含如下标定步骤：(1)视觉模型描述和相关坐标系建立：针对监控系统性能要求，沿用经典的Tsai透射投影模型，并针对路况成像特点，对其进行相应修正，提出新的视觉模型，建立三种坐标系：(2)标定摄像机主点及放缩系数：以监视图像光流作为标定基元；通过摄像机作放缩运动，应用参考帧预测图像及实时帧采样图像间光流场差值作为约束，使用最小二乘方法建立约束方程，通过powell方向族法辨识摄像机主点坐标及摄像机实际放大系数；(3)标定目标选择与参数线性求解；(4)求精摄像机内外部参数：以监视图像中所有角点和对应的世界坐标点，采用Levenberg－Marquardt优化算法求精摄像机模型参数，完成摄像机标定。
申请公布号	CN101118648A	申请公布日期	2008.02.06
申请号	CN200710022810.7	申请日期	2007.05.22
申请人	南京大学	发明人	陈启美;李勃;郭凡;董蓉
分类号	G06T7/00(2006.01);G08G1/01(2006.01);H04N5/225(2006.01)	主分类号	G06T7/00(2006.01)
代理机构	南京天翼专利代理有限责任公司	代理人	汤志武;王鹏翔
主权项	1.交通监视环境下的路况摄像机标定方法，其特征是包含如下标定步骤：(1)视觉模型描述和相关坐标系建立：针对监控系统性能要求，沿用经典的Tsai透射投影模型，并针对路况成像特点，对其进行相应修正，提出新的视觉模型，建立三种坐标系：其中地面坐标系Xw-Yw-Zw和摄像机坐标系Xc-Yc-Zc用来表征三维空间；图像平面坐标系Xf-Yf 用来表征成像平面。建立世界坐标系，其原点为摄像机光轴与地面交点。Yw轴正向沿路面方向指向前方，Xw轴正向水平指向右方，Zw轴正向垂直于地面，方向向上。建立摄像机坐标系，原点为摄像机光心位置，Zc轴为摄像机光轴方向，Xc-Yc平面平行于像平面；Xc＝(cos(p)cos(s)+sin(t)sin(p)sin(s))Xw +(sin(p)cos(s)-sin(t)cos(p)sin(s))Yw Yc＝(-cos(p)sin(s)+sin(t)sin(p)cos(s))Xw (1) +(-sin(p)sin(s)+sin(t)cos(p)cos(s))Yw Zc＝-cos(t)sin(p)Xw+cos(t)cos(p)Yw+l<mrow><mfenced open='{' close=''><mtable><mtr><mtd><mfrac><mn>1</mn><mrow><mi>M</mi><mrow><mo>(</mo><mi>z</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mo>[</mo><msub><mi>X</mi><mi>f</mi></msub><mo>-</mo><msub><mi>C</mi><mi>x</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>Z</mi><mo>)</mo></mrow><mo>]</mo><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><msup><mi>kr</mi><mn>2</mn></msup><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>f</mi><mfrac><msub><mi>X</mi><mi>C</mi></msub><msub><mi>Z</mi><mi>C</mi></msub></mfrac></mtd></mtr><mtr><mtd><mfrac><mn>1</mn><mrow><mi>M</mi><mrow><mo>(</mo><mi>z</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mo>[</mo><msub><mi>Y</mi><mi>f</mi></msub><mo>-</mo><msub><mi>C</mi><mi>y</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>Z</mi><mo>)</mo></mrow><mo>]</mo><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><msup><mi>kr</mi><mn>2</mn></msup><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mo>-</mo><mi>f</mi><mfrac><msub><mi>Y</mi><mi>C</mi></msub><msub><mi>Z</mi><mi>C</mi></msub></mfrac></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow> 建立此视觉模型下，世界坐标系与像平面坐标系下映射关系，如式(3)所示<mrow><msub><mi>X</mi><mi>f</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>f</mi><mfenced open='[' close=']'><mtable><mtr><mtd><mrow><mo>(</mo><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mi>p</mi><mo>)</mo></mrow><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mi>s</mi><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><mi>p</mi><mo>)</mo></mrow><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><mi>s</mi><mo>)</mo></mrow><mo>)</mo></mrow><msub><mi>X</mi><mi>w</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>+</mo><mrow><mo>(</mo><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><mi>p</mi><mo>)</mo></mrow><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mi>s</mi><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mi>p</mi><mo>)</mo></mrow><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><mi>s</mi><mo>)</mo></mrow><mo>)</mo></mrow><msub><mi>Y</mi><mi>w</mi></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced></mrow><mrow><mo>-</mo><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><mi>p</mi><mo>)</mo></mrow><msub><mi>X</mi><mi>w</mi></msub><mo>+</mo><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mi>p</mi><mo>)</mo></mrow><msub><mi>Y</mi><mi>w</mi></msub><mo>+</mo><mi>l</mi></mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow></mrow> <mrow><msub><mi>Y</mi><mi>f</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>f</mi><mfenced open='[' close=']'><mtable><mtr><mtd><mrow><mo>(</mo><mo>-</mo><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mi>p</mi><mo>)</mo></mrow><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><mi>s</mi><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><mi>p</mi><mo>)</mo></mrow><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mi>s</mi><mo>)</mo></mrow><mo>)</mo></mrow><msub><mi>X</mi><mi>w</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>+</mo><mrow><mo>(</mo><mo>-</mo><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><mi>p</mi><mo>)</mo></mrow><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><mi>s</mi><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mi>p</mi><mo>)</mo></mrow><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mi>s</mi><mo>)</mo></mrow><mo>)</mo></mrow><msub><mi>Y</mi><mi>w</mi></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced></mrow><mrow><mo>-</mo><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><mi>p</mi><mo>)</mo></mrow><msub><mi>X</mi><mi>w</mi></msub><mo>+</mo><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mi>p</mi><mo>)</mo></mrow><msub><mi>Y</mi><mi>w</mi></msub><mo>+</mo><mi>l</mi></mrow></mfrac></mrow> 由式(3)出发，以Zw为已知参数，同样可建立由像平面坐标到世界坐标系下的逆映射关系，如式(4)所示：<mrow><msub><mi>X</mi><mi>w</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mfenced open='[' close=']'><mtable><mtr><mtd><mi>sin</mi><mi>p</mi><mrow><mo>(</mo><mi>l</mi><mo>+</mo><msub><mi>Z</mi><mi>w</mi></msub><mi>sin</mi><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mrow><mo>(</mo><msub><mi>x</mi><mi>f</mi></msub><mi>sin</mi><mi>s</mi><mo>+</mo><msub><mi>y</mi><mi>f</mi></msub><mi>cos</mi><mi>s</mi><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>+</mo><mi>cos</mi><mi>p</mi><mrow><mo>(</mo><mi>l</mi><mi>sin</mi><mi>t</mi><mo>+</mo><msub><mi>Z</mi><mi>w</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mrow><mo>(</mo><msub><mi>x</mi><mi>f</mi></msub><mi>cos</mi><mi>s</mi><mo>-</mo><msub><mi>y</mi><mi>f</mi></msub><mi>sin</mi><mi>s</mi><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub><mi>Z</mi><mi>w</mi></msub><mi>f</mi><mi>cos</mi><mi>t</mi><mi>sin</mi><mi>p</mi></mtd></mtr></mtable></mfenced><mrow><msub><mi>x</mi><mi>f</mi></msub><mi>cos</mi><mi>t</mi><mi>sin</mi><mi>s</mi><mo>+</mo><msub><mi>y</mi><mi>f</mi></msub><mi>cos</mi><mi>t</mi><mi>cos</mi><mi>s</mi><mo>+</mo><mi>f</mi><mi>sin</mi><mi>t</mi></mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>4</mn><mo>)</mo></mrow></mrow> <mrow><msub><mi>Y</mi><mi>w</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mfenced open='[' close=']'><mtable><mtr><mtd><mo>-</mo><mi>cos</mi><mi>p</mi><mrow><mo>(</mo><mi>l</mi><mo>+</mo><msub><mi>Z</mi><mi>w</mi></msub><mi>sin</mi><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mrow><mo>(</mo><msub><mi>x</mi><mi>f</mi></msub><mi>sin</mi><mi>s</mi><mo>+</mo><msub><mi>y</mi><mi>f</mi></msub><mi>cos</mi><mi>s</mi><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>+</mo><mi>sin</mi><mi>p</mi><mrow><mo>(</mo><mi>l</mi><mi>sin</mi><mi>t</mi><mo>+</mo><msub><mi>Z</mi><mi>w</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mrow><mo>(</mo><msub><mi>x</mi><mi>f</mi></msub><mi>cos</mi><mi>s</mi><mo>-</mo><msub><mi>y</mi><mi>f</mi></msub><mi>sin</mi><mi>s</mi><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub><mi>Z</mi><mi>w</mi></msub><mi>f</mi><mi>cos</mi><mi>t</mi><mi>sin</mi><mi>p</mi></mtd></mtr></mtable></mfenced><mrow><msub><mi>x</mi><mi>f</mi></msub><mi>cos</mi><mi>t</mi><mi>sin</mi><mi>s</mi><mo>+</mo><msub><mi>y</mi><mi>f</mi></msub><mi>cos</mi><mi>t</mi><mi>cos</mi><mi>s</mi><mo>+</mo><mi>f</mi><mi>sin</mi><mi>t</mi></mrow></mfrac></mrow> 式中H为摄像机的垂直安置高度，t，p，s分别为摄像机俯仰角、偏角和旋角，f为广角有效焦距，M(z)为放缩系数，Cx(z)、Cy(z)为图像主点坐标，k为一阶径向畸变。(2)标定摄像机主点及放缩系数：以监视图像光流作为标定基元；通过摄像机作放缩运动，应用参考帧预测图像及实时帧采样图像间光流场差值作为约束，使用最小二乘方法建立约束方程，通过powell方向族法辨识摄像机主点坐标及摄像机实际放大系数。(3)标定目标选择与参数线性求解：在监视场景中选择分道线角点作为标定参照物，利用相邻四个分道线角点的像平面投影确定消失线斜率及相应摄像机旋角；以分道线平行关系及分道线间基础路宽作为约束，利用此四个角点的像平面坐标，线性求解摄像机有效焦距及其空间位置参数；(4)求精摄像机内外部参数：以监视图像中所有角点和对应的世界坐标点，以上述算法所求出的视觉模型参数作为优化模型初值，采用Levenberg-Marquardt优化算法求精摄像机模型参数，完成摄像机标定。
地址	210093江苏省南京市汉口路22号