一种获取摄像机空间姿态的方法

摘要

本发明公开了一种获取摄像机空间姿态的方法，首先建立坐标系，将摄像机靶面与地面用几何关系表示，利用摄像机的内部参数和画面象素与地面位置的对应函数，根据平面几何与二元方程确定摄像机的安装姿态数据。本发明利用画面像素位置与地面坐标位置的转换关系，直接计算出摄像机的安装姿态，不需要到现场进行测量和标定，大大减少工程的工作量；操作简便，易于掌握，避免了因场景限制无法采样的问题。

主权项

一种获取摄像机空间姿态的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、构建坐标系：图像画面坐标以像素为单位，图像画面左上角为坐标原点，图像画面横向为x轴，图像画面纵向为y轴；具体为：以[x,y]表示图像画面坐标点，[X,Y]表示地面坐标点；通过图像画面坐标[x,y]与地面坐标[X,Y]的对应转换函数F([X,Y])确定地面位置坐标[X,Y]；摄像机镜头光轴的图像画面中心点o在地面的射影点记为地面中心点O，设图像画面中心点o的坐标为[ox,oy]，地面中心点O的地面坐标为[OX,OY]；步骤2、确定摄像机靶面与地面的交线，记为地面地平线Lh；步骤3、从地面中心点O向地面地平线Lh引垂线，记为地面垂直中心线Lv，摄像机的地面位置在地面垂直中心线上；步骤4、取地面垂直中心线Lv和地面地平线Lh的交点，记为地面透视点F；F的地面坐标为[FX,FY]；确定地面中心点O到地面透视点F的距离，记为透视距离D：$D=\sqrt{{(OX-FX)}^2+{(OY-FY)}^2}$步骤5、取地面中心点O和地面透视点F连线的中点，记为地面中间点P，P的地面坐标为[PX,PY]；确定地面中间点P在图像画面上的射影点，记为图像画面中间点p，p的图像画面坐标为[px,py]；从地面中间点引一条与地面地平线平行的地面直线LP；在LP上任意选取一个地面参考点T，T的地面坐标为[TX,TY]；确定地面参考点T在图像画面上的射影点，记为图像画面参考点t，t的图像画面坐标为[tx,ty]；确定地面中间点P和地面参考点T的距离D1：$D1=\sqrt{{(PX-TX)}^2+{(PY-TY)}^2}$确定图像画面中间点p和图像画面参考点t的距离d1：$d1=\sqrt{{(px-tx)}^2+{(py-ty)}^2}$确定图像画面中间点p和图像画面中心点o的距离d2：$d2=\sqrt{{(px-ox)}^2+{(py-oy)}^2}$确定地面中间点P到直线Oo的距离D2：D2＝d2*D1/d1；步骤6、取图像画面中心点o和图像画面中间点p的连线，记为图像画面垂直中心线lv；步骤7、确定空间姿态参数：所述空间姿态参数包括摄像机方向角度α、摄像机旋转角度β、摄像机垂直角度γ、摄像机高度CH和摄像机位置[CX,CY]；摄像机方向角度α为地面垂直中心线Lv与地面Y轴的夹角；摄像机旋转角度β为图像画面垂直中心线lv与图像画面y轴的夹角；摄像机垂直角度γ，即摄像机拍摄中轴线与地面的夹角，即摄像机靶面与地面夹角的补角：γ＝arcsin(D2*2/D)；0<γ<π/2；摄像机高度CH为摄像机相对地面的垂直高度，即CH＝D2*2*cos(γ)；摄像机位置[CX,CY]为摄像机在地面的垂直点的位置；确定摄像机位置[CX,CY]到地面透视点F的距离D3：D3＝D2*2*D2*2/D；CX＝FX+D3/D*(OX‑FX)CY＝FY+D3/D*(OY‑FY)。