CN104361594A - 一种摄像机交叉定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种摄像机交叉定位方法，已知两台摄像机的地面位置坐标与画面像素坐标的透视对应关系、两台摄像机的地面位置坐标以及目标点在两台摄像机的画面像素点坐标，根据透视对应关系分别确定目标像素坐标在地面的射影点，确定每台摄像机的地面位置点与目标地面射影点的连线；确定两条连线的交点，交点的位置即为目标点的地面相对精确位置。本发明采用两台摄像机交叉定位，大大提高了定位测量精度；同时扩大了定位的测量距离和范围，减少定位摄像机的数量，节约成本。

Description

一种摄像机交叉定位方法

技术领域

本发明涉及一种计算机视觉中的目标定位方法，特别是一种摄像机交叉定位方法。

背景技术

在计算机视觉技术的应用中，通过摄像机的画面可以进行地面物体的定位，但由于摄像机有一定的分辨率，且透视效果受到安装位置的影响，摄像机的定位精度受目标与摄像机之间的距离影响很大，离摄像机越远定位精度越差，特别是纵向精度影响的程度与距离呈倒数双曲线增长。当目标位置形成的摄像机的拍摄垂直视角大于70度，则每个纵向像素所表示的地面距离则相差较大，造成直接通过像素位置来计算目标的地面位置可能的误差较大。

在目标纵向距离较远的情况下如何来提高定位精度一直是一个研究课题。也有一些其他方法可以有条件的提高定位精度。例如常见的提出时间均值法，通过时间卷积来计算目标位置，尽管可以做到亚像素，但也会受到很多因素的限制和影响，存在定位时间延时、无法定位移动物体、受环境和图像处理算法影响较大等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种摄像机交叉定位方法，用于提高摄像机定位的精度。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种摄像机交叉定位方法，已知两台摄像机的地面位置坐标与画面像素坐标的透视对应关系、两台摄像机的地面位置坐标以及目标点在两台摄像机的画面像素点坐标；其特征在于，还包括：

根据透视对应关系分别确定目标点的画面像素点在地面的射影点，确定每台摄像机的地面位置点与射影点的连线，即影射线；

确定两条影射线的交点，交点的位置即为目标点的地面位置。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)现有的定位方法采用单摄像机通过摄影几何的空间映射关系，计算目标的地面位置，理论上只有当摄像机架设很高且对地面垂直拍摄时，才能最好地保证精度，但实际上由于受客观条件的限制，几乎很难做到，本发明提出了采用两台摄像机交叉定位的方法，对摄像机的假设高度没有要求，且不需要对地面垂直拍摄，解决了实用性问题；(2)本发明采用双摄像机交叉定位，将精度受距离的影响，由单摄像机的倒数双曲线关系变为双摄像机的一次线性关系，可以大大地提高定位测量精度；(3)本发明扩大了定位的测量距离和范围，减少定位摄像机的数量，节省投资。

下面结合附图对本发明做进一步说明。

附图说明

图1为本发明一实施方式的几何示意图。

具体实施方式

结合图1，已知两台摄像机的透视对应关系函数：

第一摄像机的地面位置坐标和画面象素坐标的透视对应关系函数为T1：

[X,Y]＝T1([x,y])；

函数T1的逆函数为T2^T:

[x,y]＝T1^T([X,Y])；

第二摄像机的地面位置坐标和画面象素坐标的透视对应关系函数为T2：

[X,Y]＝T2([x,y])；

函数T1的逆函数为T2^T:

[x,y]＝T2^T([X,Y])；

其中，T2函数与T1函数的公式相同，但参数不同，可参见《OpenGL》的glFrustum(),gluPerspective()和glOrtho()，此函数为行业内的公知内容。

第一摄像机的地面位置点为F1，F1坐标为[F1X,F1Y]；

第二摄像机的地面位置点为F2，F1坐标为[F2X,F2Y]；

目标点在摄像机1的画面上的象素位置为p1，p1的坐标为[x1,y1]；

目标点在摄像机2的画面上的象素位置为p2，p2的坐标为[x2,y2]；

根据透视对应关系函数计算p1点在地面的射影点P1，P1的地面坐标为[X1,Y1]＝T1([x1,y1])；确定P1和F1在地面的连线，即第一影射线L1；

根据透视对应关系函数计算p2点在地面的射影点P2，P2点的地面坐标为[X2,Y2]＝T2([x2,y2])；确定P2和F2在地面的连线，即第二影射线L2。

根据平面几何关系确定第一影射线L1和第二影射线L2在地面的交点P0，P0的坐标为[X0,Y0]，P0点的位置即是目标点的地面位置。

优选的，两台摄像机交叉拍摄的角度为90°。

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

为便于计算比较，在不影响精度的情况下，不妨假设2台摄像机水平轴均与地面平行，2台摄像机的拍摄方向分别由Lv1和Lv2表示；

分别在摄像机1画面上取与p1的坐标[x,y]偏移[-1,-1]、[1,-1]、[-1,1]和[1,1]的4个像素点p11、p12、p13和p14；

p11、p12、p13和p14在地面的射影点P11、P12、P13和P14；

分别在摄像机2画面上取与p2的坐标[x,y]偏移[-1,-1]、[1,-1]、[-1,1]和[1,1]的4个像素点p21、p22、p23和p24；

p21、p22、p23和p24在地面的射影点P21、P22、P23和P24；

如图1所示，根据射影几何，P11和P14的连线L11与P12和P13的连线L12交汇于摄像机位置F1点，P21和P24的连线L21与P22和P23的连线L22交汇于摄像机位置F2点；

P11、P12、P13和P14以及P21、P22、P23和P24分别为一个梯形，可视作2台摄像机分别单独定位的误差范围；

L11、L12与L21、L22的四个交点形成的区域(如图所示灰色区域)，即2个误差范围的重叠区域，可视作交叉定位的误差范围；

定位精度取决于单位象素长度和面积在地面射影的长度和面积，长度或面积越小，则精度越高；

如图1所示，2个误差范围的重叠区域面积越小，则误差越小，精度越高。

由此可见，交叉定位的精度明显高于单独定位的精度。

交叉定位的2个摄像机的拍摄夹角，以90度垂直交叉时，测量定位精度最高，夹角越偏离，则定位精度提高度会有所降低，若角度接近为0度或180度，则定位精度等同于单摄像机的定位精度。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种摄像机交叉定位方法，已知两台摄像机的地面位置坐标与画面像素坐标的透视对应关系、两台摄像机的地面位置坐标以及目标点在两台摄像机的画面像素点坐标；其特征在于，还包括：

根据透视对应关系分别确定目标点的画面像素点在地面的射影点，确定每台摄像机的地面位置点与射影点的连线，即影射线；

确定两条影射线的交点，交点的位置即为目标点的地面位置。

2.根据权利要求1所述的摄像机交叉定位方法，其特征在于，两台摄像机的地面位置坐标与画面像素坐标的透视对应关系分别为：

第一摄像机的地面位置坐标和画面象素坐标的透视对应关系函数为T1：

[X,Y]＝T1([x,y])；

函数T1的逆函数为T1^T：

[x,y]＝T1^T([X,Y])；

第二摄像机的地面位置坐标和画面象素坐标的透视对应关系函数为T2：

[X,Y]＝T2([x,y])；

函数T1的逆函数为T2^T：

[x,y]＝T2^T([X,Y])。

3.根据权利要求1所述的摄像机交叉定位方法，其特征在于，两台摄像机的地面位置坐标分别为：

第一摄像机的地面位置坐标为F1[F1X,F1Y]；

第二摄像机的地面位置坐标为F2[F2X,F2Y]。

4.根据权利要求1所述的摄像机交叉定位方法，其特征在于，目标点在两台摄像机的画面像素点坐标分别为：

目标点在摄像机1的画面像素位置为p1，p1的画面像素坐标为[x1,y1]；

目标点在摄像机2的画面像素位置为p2，p2的画面像素坐标为[x2,y2]。

5.根据权利要求4所述的摄像机交叉定位方法，其特征在于，根据透视对应关系分别确定目标像素坐标在地面的射影点，确定每台摄像机的地面位置点与目标地面射影点的连线，具体为：

根据透视对应关系函数计算p1点在地面的射影点P1，P1的地面坐标为[X1,Y1]＝T1([x1,y1])；确定P1和F1在地面的连线，即第一影射线L1；

根据透视对应关系函数计算p2点在地面的射影点P2，P2点的地面坐标为[X2,Y2]＝T2([x2,y2])；确定P2和F2在地面的连线，即第二影射线L2。

6.根据权利要求1所述的摄像机交叉定位方法，其特征在于，步骤5具体为：

根据平面几何关系确定第一影射线L1和第二影射线L2在地面的交点P0，P0的坐标为[X0,Y0]，P0点的位置即是目标点的地面位置。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的摄像机交叉定位方法，其特征在于，两台摄像机交叉拍摄的角度为90°。