平行直线簇在三维空间中的视觉跟踪导航方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及计算机视觉、目标跟踪和导航领域，特别涉及一种平行直线簇在三维 空间中的视觉跟踪导航方法。
【背景技术】
[0002] 当今，无人机的应用越来越广泛，其便捷、机动性强、成本低等特点使其在推广中 有着极大的优势。而无人机进行巡线跟踪技术可以使无人机在更加广泛的领域中应用。目 前，基于视觉的直线跟踪技术应用于汽车自动驾驶，其跟踪的目标直线为单条直线，并未利 用多条直线间的关系，且摄像头是在一个平面内运动，且摄像头距离所要跟踪的直线所在 平面很近。缺点是此技术无法运用于在三维空间中运动的控制对象，跟踪所得到的位置信 息只是在二维平面内，无法确定摄像头相对于所要跟踪直线的高度，无法同时对多条平行 直线簇进行跟踪。
[0003]公开于该【背景技术】部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应 当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种平行直线簇在三维空间中的视觉跟踪导航方法，从而 克服现有的直线跟踪技术无法同时对多条平行直线簇进行跟踪的缺点。
[0005]本发明的另一目的在于提供一种平行直线簇在三维空间中的视觉跟踪导航方法， 从而克服现有的直线跟踪技术只是在二维平面内，无法运用于在三维空间中运动的控制 对象，跟踪所得到的位置信息只是在二维平面内，无法确定摄像装置相对于所要跟踪直线 的高度的缺点。
[0006]为实现上述目的，本发明提供了一种平行直线簇在三维空间中的视觉跟踪导航方 法，包括以下步骤：1)选定平行直线在三维空间中的参数空间确定所述平行直线在帧 图像中的参数在所述参数空间? !^中的参数点的函数关系F，并通过所述函数关系F确定函 数参数空间0F;2)通过摄像装置采集视频，选定初始帧图像I^，通过线检测得到所述初始 帧图像Itl中所有直线的参数在所述参数空间^^的参数点，选定所要跟踪的多条平行直线 的参数点作为种子点集Utl，通过所述函数关系F对所述种子点集Utl做函数检测，检测得到的 函数为种子函数，将所述种子函数的参数在所述函数参数空间?F中的坐标点aC1定为 参数种子点；3)以时间间隔T，对初始帧图像之后的帧图像进行行抽取，并进行线检测得到 所有直线在该帧图像中的参数点集U1，以步骤2)选定的所述种子点集Utl作为种子，根据所 述种子函数f〇对该帧图像中所有直线的参数点集1进行跟踪，得到多条平行直线的参数点 集U2;4)通过所述函数关系F对步骤3)中所跟踪到的多条平行直线的参数点集U2进行函 数检测，检测得到函数4，以坐标点％为参数种子点，对得到的函数4的参数在函数参数空 间0F中的坐标点进行跟踪，得到多条平行直线对应的参数点集U3;5)利用所述函数1的 参数和参数点集U3确定所述摄像装置相对于所述多条平行直线在三维空间中的位置。
[0007] 上述技术方案中，步骤1)还包括在三维空间中建立平行线坐标系、图像坐标系以 及相机坐标系，根据所述相机坐标系和所述平行线坐标系确定所述平行线坐标系和所述图 像坐标系的转换关系W。
[0008] 上述技术方案中，步骤1)还包括通过所述转换关系W确定所述平行直线在帧图像 中的参数在所述参数空间中的参数点的函数关系F。
[0009] 上述技术方案中，所述多条平行直线为2条或2条以上相互平行的直线。
[0010] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明的平行直线簇在三维空间中 的视觉跟踪导航方法，可以在三维空间中对多条平行直线进行跟踪导航，可以得到摄像装 置相对于所要跟踪平行直线簇在三维空间中的位置信息，特别是高度信息。
【附图说明】
[0011]图1是根据本发明的摄像装置与平行直线平面参考坐标关系示意图。
[0012] 图2是根据本发明的平行直线在三维空间中的视觉跟踪导航方法的示意图。
[0013] 图3是根据本发明的平行直线在图像中的实例示意图。
[0014] 图4是根据本发明的平行直线在图像的参数在参数空间中的参数点的仿真 图。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合附图，对本发明的【具体实施方式】进行详细描述，但应当理解本发明的保 护范围并不受【具体实施方式】的限制。
[0016] 如图2所示，根据本发明【具体实施方式】的一种平行直线簇在三维空间中的视觉跟 踪导航方法，包括以下步骤：
[0017] 步骤SlOO:确定平行直线在帧图像中的参数在参数空间中的参数点的函数关 系F;
[0018] 首先，如图1所示，建立相机坐标系，并以其作为基准坐标系，将其转换，使得与平 行直线所在平面重合，得到与平行直线所在平面的坐标系，即平行线坐标系，将平行线坐标 系与相机坐标系同步移动，以确定平行线坐标系与图像坐标系的转换关系W;
[0019] 然后，选定平行直线在三维空间中的参数空间0 ^，参数空间为一个二维的参 数空间；
[0020] 最后，通过转换关系W确定平行直线在帧图像（摄像装置获取的视频图像）中的 参数在参数空间? !^中的参数点的函数关系F，并通过函数关系F确定函数参数空间0 F，此 时，函数关系F的参数未知；
[0021] 步骤S102 :通过摄像装置采集视频，选定初始帧图像Itl，通过线检测得到初始帧图 像Itl中所有直线的参数在参数空间^^的参数点，选定所要跟踪的多条平行直线的参数点 作为种子点集Utl，通过函数关系F对种子点集Utl做函数检测，检测得到的函数f^作为种子 函数，将种子函数f〇的参数在函数参数空间?F中的坐标点aC1定为参数种子点；
[0022] 其中，多条平行直线为2条或2条以上相互平行的直线。
[0023] 步骤S104 :以时间间隔T，对初始帧图像之后的帧图像进行行抽取，并进行线检测 得到所有直线在该帧图像中的参数点集U1，以步骤S102选定的种子点集Utl作为种子，根据 种子函数f〇对该帧图像中所有直线的参数点集1进行跟踪，得到多条平行直线的参数点集 U2;
[0024] 步骤S106:通过函数关系F对步骤S104中所跟踪到的多条平行直线的参数点集 U2进行函数检测，检测得到函数fn，以坐标点％为参数种子点，对得到的函数fn的参数在函 数参数空间?F中的坐标点进行跟踪，得到多条平行直线对应的参数点集U3;
[0025] 步骤S108:利用函数fn的参数和参数点集U3确定摄像装置相对于多条平行直线 在三维空间中的位置。
[0026] 下面对本发明实施例平行直线簇在三维空间中的视觉跟踪导航方法进行实例分 析，具体为对平行直线在三维空间内的视觉跟踪导航的实例，步骤如下：
[0027] 步骤200:建立平行线坐标系，确定平行线坐标系与图像坐标系的转换关系W;详 细步骤为：
[0028] 相机坐标系经过旋转和平移变换得到与平行直线所在平面重合或相交的坐标 系，其转换关系为：
【主权项】
1. 一种平行直线簇在三维空间中的视觉跟踪导航方法，其特征在于，包括以下步骤： 1) 选定平行直线在三维空间中的参数空间@U 确定所述平行直线在帧图像中的参数在所述参数空间? ^中的参数点的函数关系F，并 通过所述函数关系F确定函数参数空间0F; 2) 通过摄像装置采集视频，选定初始帧图像Itl，通过线检测得到所述初始帧图像^中 所有直线的参数在所述参数空间的参数点，选定所要跟踪的多条平行直线的参数点作 为种子点集Utl，然后通过所述函数关系F对所述种子点集Utl做函数检测，检测得到的函数 为种子函数，将所述种子函数f〇的参数在所述函数参数空间?F中的坐标点aC1定为参数 种子点； 3) 以时间间隔T，对初始帧图像之后的帧图像进行行抽取，并进行线检测得到所有直 线在该帧图像中的参数点集U1，以步骤2)选定的所述种子点集Utl作为种子，根据所述种子 函数f(i对该帧图像中所有直线的参数点集U1进行跟踪，得到多条平行直线的参数点集U2; 4) 通过所述函数关系F对步骤3)中所跟踪到的多条平行直线的参数点集队进行函数 检测，检测得到函数4，以坐标点％为参数种子点，对得到的函数4的参数在函数参数空间 ?F中的坐标点进行跟踪，得到多条平行直线的参数点集U3; 5) 利用所述函数fn的参数和跟踪所述多条平行直线得到的参数点集U3确定所述摄像 装置相对于所述多条平行直线在三维空间中的位置。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1)中还包括在三维空间中建立 平行线坐标系、图像坐标系以及相机坐标系，根据所述相机坐标系和所述平行线坐标系确 定所述平行线坐标系和所述图像坐标系的转换关系W。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤1)中还包括通过所述转换关系 W确定所述平行直线的参数在帧图像中的参数点在所述参数空间中的函数关系F。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多条平行直线为2条或2条以上相互 平行的直线。
【专利摘要】本发明公开了一种平行直线簇在三维空间中的视觉跟踪导航方法，包括以下步骤：1)确定平行直线在图像中所呈直线的参数在参数空间中的参数点的函数；2)选定种子点集和函数参数种子点；3)对所要跟踪的平行直线在图像中所呈直线的参数点集进行跟踪；4)对得到的函数在函数参数空间中的坐标点进行跟踪；5)得到摄像装置相对于平行线在三维空间中的位置。该方法能够在三维空间中对多条平行直线进行跟踪导航，可以得到摄像装置相对于所要跟踪平行直线簇在三维空间中的位置信息，特别是高度信息。
【IPC分类】G06T7-20
【公开号】CN104794734
【申请号】CN201510143770
【发明人】林靖宇, 孙实超, 卢子广, 龙军
【申请人】广西大学
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年3月30日