一种基于构造平面的单幅图像人体身高测量方法
【专利摘要】本发明公开一种基于构造平面的单幅图像人体身高测量方法。包括：1)在摄像机拍摄场景中任意布置四个等高度标杆；2)从图像中提取各个标杆的上下两个端点；3)利用各标杆上端点构造一平面，计算反映构造平面与地平面映射关系的单应性矩阵H；4)从图像中提取人体图像的两个端点，计算人体下端点在构造平面中映射点坐标，该映射点为人体与构造平面的交点；5)利用该交点、人体图像下端点以及任一标杆两个端点构造一平面，根据与标准矩形平面映射关系计算单应性矩阵Hs；6)利用Hs计算人体图像的上端点在标准矩形平面上的坐标，计算人体图像高度。本方法是计算机视觉单视测量的一种新方法，具有操作方便，成本低廉的优势。
【专利说明】一种基于构造平面的单幅图像人体身高测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及数字图像测量【技术领域】，具体涉及一种基于构造平面的单幅图像人体身高测量方法。
【背景技术】
[0002]空间物理量(包括距离、角度、方位)的测量在许多领域中都有着广泛的应用，比如交通事故、刑事犯罪现场以及建筑物和室内场景等，都需要进行大量的测量工作。基于图像的测量技术是从计算机视觉领域中发展起来的新型非接触测量技术，它是一种把图像当作检测和传递信息的手段或载体而加以利用的测量方法，通过提取图像的特征信号，最终从图像中获取被测对象的实际信息。基于图像的测量技术具有高精度、稳定性好、非接触性测量等特点，若再结合图像处理技术，可构成自动化、智能化程度较高的实用在线测量系统。目前，从视频图像中根据人的特征，如人脸、衣服颜色、发型等，进行人的识别已经受到了广泛关注。人体高度作为人的重要特征之一，利用图像测量技术对其进行测量在某些应用场合具有十分重要的意义。
[0003]基于图像的测量主要有两类，一类是应用双目视觉从两幅或多幅图像重建出三维场景结构进行测量，这种方法涉及匹配和摄像机标定问题，因而测量精度受到影响。另外一种方法是直接应用未标定的单幅图像进行测量。与经典的基于立体视觉的方法相比，这种不仅避免了图像匹配问题，而且在测量前不需要对摄像机定标，这使整个测量过程更方便。因此基于单幅图像测量是计算机辅助测量领域的一个重要发展方向。由于一幅图像不能提供足够的三维信息，所以必须提供空间场景中点，直线等的已知信息。通常，需要在被测量场景中放置一个几何信息精确已知的平面模板，如棋盘格模板。但是在这种方法中，根据不同的拍摄场景和对象需要选择平面模板的合适位置及其大小，这给测量带来不便，并且对测量精度造成影响。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是提供一种基于构造平面的单幅图像人体身高测量方法，使得能够方便地、准确地测量图像中人体的高度。
[0005]为了实现发明的目的，本发明采用的技术方案如下:
[0006]本发明提供一种基于构造平面的单幅图像人体身高测量方法，包括:
[0007]在摄像机拍摄场景中任意布置四个或四个以上等高度标杆；
[0008]从拍摄图像中提取各个标杆的两个端点，利用所得到的各标杆的上端点构造一平面，由于各标杆高度相同且都垂直于地面，因此该平面与地面平行，将其称为构造平面，利用图像中各个标杆端点的坐标信息计算反映构造平面与地平面映射关系的单应性矩阵H。标杆上端点Hii (X^yi, I)与下端点Iii (Ui, Vi, I) (O < i < Ν,Ν为标杆数量)之间的映射关系可由单应性矩阵H表示为:
Xi]「?hi ^3Ik-
[0009]Jllyi= Ij21 Kn Hn ^ Vj- >.1, Jh\ ^hi I _ 人
[0010]消去λ后可以得到关于hu的两个线性方程:
^hnXi + ^yi + /^1-1il3UiX1- hnuiyi = Ui
[0011]<
hixi+hLiyi+?- K^ix1- ^yi = vi
[0012]若有四对标杆端点相应的图像点坐标，则可以线性求解H的各个元素hu ;若有四对以上点对可以使用最小二乘法降低误差带来的影响。
[0013]从图像中提取人体图像的两个端点，利用单应性矩阵H计算人体下端点在构造平面中映射点的坐标信息，该映射点为人体与构造平面的交点，其在真实场景中的高度与标杆相同。
[0014]利用人体与构造平面的交点、人体图像下端点以及任一标杆两个端点构造一平面，由于人体图像与标杆均垂直于地面，因此可根据该平面与标准矩形平面的映射关系计算单应性矩阵Hs ；
[0015]利用单应性矩阵Hs计算人体图像的顶点在标准矩形平面上的坐标，并结合标杆实际高度与标准矩形的对应关系计算人体图像的高度。
[0016]上述技术方案可以看出，本发明具有以下优点:
[0017]I)设备简单，仅需要单摄像机工作。
[0018]2)相比基于立体视觉的方法，本发明避免了摄像机定标和图像匹配问题。
[0019]3)省去了标定模板的选择和制作。
[0020]4)算法简单，稳定性好，适合于在线实时处理系统。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0022]图1是布置标杆场景示意图；
[0023]图2是标杆上端点构造平面示意图；
[0024]图3是标杆与人体高度映射关系图。
【具体实施方式】
[0025]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0026]本发明提供一种基于构造平面的单幅图像人体身高测量方法，使得能够方便地、准确地测量图像中人体的高度。
[0027]以下结合附图对本发明方案进行详细介绍。
[0028]图1是布置标杆场景示意图。
[0029]如图1所示，在场景中任意布置四个或四个以上高度同为h的标杆，或者利用同一根标杆布置在四个或四个以上不同位置。由于各标杆高度相同且与地面垂直，因此由标杆上端点构成的平面与地平面平行。
[0030]图2是标杆上端点构造平面示意图；
[0031]在所拍摄图像中提取标杆的下端点mJO < i < N) ,N为标杆数量，以及上端点叫。标杆上端点平面(构造平面)上的点Hi1^yi, I)与地平面点Ii1ii, Vi，I)之间的映射关系可由单应性矩阵H表示为:
Xi K\ Kl Ui
[0032]yA= H21 H21 /? < Vi >.1.Jhi I _、I,
[0033]消去λ后可以得到关于hu的两个线性方程:
rItllXi + + Zi31 - Hl2UiX1- H22UiYi = Ui
[0034]<
+Kyi+h3i~ hXivIxi 一 = v,
[0035]若有四对标杆端点相应的图像点坐标，则可以线性求解H的各个元素hu，若有四对以上点对可以使用最小二乘法降低误差带来的影响。
[0036]提取人体图像的下端点P1和上端点p2，并根据得到的单应性矩阵计算人体下端点P1在标杆顶平面的映射点P3，则P3为人体图像与标杆顶平面的交点，其在真实场景中的高度与标杆相同，为h。
[0037]图3是标杆与人体高度映射关系图。
[0038]如图3所示，利用人体与构造平面的交点P3、人体图像下端点P1以及任一标杆两个端点(如H^n1)构造一平面。在真实场景中，由点PpP^m1及Ii1构成四边形是一个垂直于地面的矩形，根据该平面与标准矩形平面的映射关系计算单应性矩阵Hs ；
[0039]利用单应性矩阵Hs计算人体图像的上端点P2在标准矩形平面上的坐标ps，
[0040]Ps = HsP2
[0041]结合标杆实际高度与标准矩形的对应关系计算人体图像的高度。
[0042]上述技术方案可以看出，本发明的方法用等高标杆构造与地面相平行的平面，根据平面间的映射关系实现单幅图像人体高度的测量，是计算机视觉单视测量的一种新方法。本发明技术方案避免了摄像机标定以及图像匹配的困难，能够有效的测量图像上人体高度。
[0043]以上对本发明实施例所提供的一种基于构造平面的单幅图像人体身高测量方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在【具体实施方式】及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
【权利要求】
1.一种基于构造平面的单幅图像人体身高测量方法，其特征在于: 在摄像机拍摄场景中任意布置四个或四个以上等高度标杆，或将同一标杆布置于四个及以上不同位置；从拍摄图像中提取各个标杆的上下两个端点坐标。
2.根据权利要求1所述的一种基于构造平面的单幅图像人体身高测量方法，其特征在于: 利用所得到的各标杆的上端点构造一平面，由于各标杆高度相同且与地面垂直，因此该平面与地面平行，将其称为构造平面，根据图像中各个标杆上下端点的坐标信息计算反映构造平面与地平面映射关系的单应性矩阵H。
3.一种基于构造平面的单幅图像人体身高测量方法，其特征在于: 从图像中提取人体图像的上下两个端点，利用单应性矩阵H计算下端点在构造平面中映射点的坐标信息，该映射点为人体与构造平面的交点，其在真实场景中的高度与标杆相同。
4.根据权利要求3所述的一种基于构造平面的单幅图像人体身高测量方法，其特征在于: 利用人体与构造平面的交点、人体图像下端点以及任一标杆两个端点构造一平面，根据该平面与标准矩形平面的映射关系计算单应性矩阵Hs。
5.一种基于构造平面的单幅图像人体身高测量方法，其特征在于: 利用单应性矩阵Hs计算人体图像的上端点在标准矩形平面上的坐标，并结合标杆实际高度与标准矩形的对应关系计算人体图像的高度。
【文档编号】A61B5/107GK104274180SQ201310288619
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2013年7月3日 优先权日:2013年7月3日
【发明者】林哲祺, 汤武惊 申请人:中山大学深圳研究院