专利名称：基于平行线的单视平面测量方法
技术领域：
本发明涉及计算机辅助自动测量，特别涉及基于平行线的单视平面测量方法。
近年来，随着计算机视觉的发展和应用，人们开始探索借助计算机视觉方法，通过图像进行测量。在这类方法中，较为典型的是通过两幅或多幅图像利用立体视觉的方法重建出被测场景的三维结构，但该方法涉及到计算机视觉领域的经典难题，即多幅图像间的匹配，因而很难投入实际应用。第二种方法是事先在场景平面中人工测量4个以上控制点的信息并以此来计算空间平面与像平面间的投影矩阵，然后通过单幅图像进行测量，这种方法的测量精度与控制点的选取精度、位置和数量直接相关，但在实际应用中，有时控制点很难选取，而且也无法保证控制点的测量精度。第三种方法是事先在场景平面放置一个含有一定规则几何图形的模板，利用模板信息来计算投影矩阵，该方法在实际应用中有时要受到一定限制，对于已拍好的不含模板的图像没办法进行测量。
为实现上述目的，基于平行线的单视平面测量方法包括步骤拍摄一幅或多幅被测场景的图像；从图像中提取出场景中所包含的两组相互垂直的平行线或线段及参考距离信息；计算出这两组平行线在图像上的消隐点并利用这两个消隐点构造一个变换矩阵；根据此变换矩阵和参考距离求出场景中任意两点间的距离。
本发明提供的测量方法既避免了控制点的选取问题，又避免了引入模板所带来的不方便。而且不需要对摄像机参数进行标定，具有较为简便、实用、测量精度高、鲁棒性好等特点，使基于视觉的测量方法走向实用。
发明的
具体实施例方式
本发明方法不需要任何模板，但要求场景中含有两组相互垂直的平行线或线段，这在多数实际测量中是很常见的，如窗框、门框的对边或地板的纹理、规则物体的轮廓等，同时应提供场景中的参考距离，参考距离可以选在比较易于进行测量的地方。用普通照相机或数码相机拍摄一幅图像即可进行测量，而且不需要对摄像机参数进行标定，若能从不同角度拍摄多幅图像，则可从中选取一幅较好的进行测量或综合利用同一被测量在多幅图像中的测量值以便提高测量精度。
对于一幅图像，该方法主要由图像获取、关键特征提取、变换矩阵计算以及测量等步骤组成，如附
图1所示，各步骤的具体说明如下1.图像获取用普通照相机或数码相机拍摄一幅或多幅被测场景平面的图像，并借助扫描仪或某些专用接口将图像输入计算机。2.关键特征提取通过自动或人机交互方法从图像中提取出场景中两组相互垂直的平行线或线段的参数及给定参考距离的两个端点。其中，可以用Canny或Robert、Sobel等边缘检测算子提取边缘信息，然后用Hough变换或最小二乘、极大似然估计等方法求取直线参数。3.变换矩阵计算利用第2步提取出的直线或线段参数计算出这两组平行线在两个方向上的消隐点V1、V2，然后利用这两个消隐点构造一个变换矩阵H＝[V1，V2，H3]。其中，H为一3×3的矩阵，V1、V2采用齐次坐标，H3为与V1、V2线性无关的任意3维列向量。4.测量对于待测量的两个端点的图像，首先，通过第3步求出的变换矩阵的逆变换H-1将其映射到仿射空间中，则在仿射空间中这两点间的距离与其在真实被测场景中的距离相差两个常数变换因子，利用场景中的参考距离可以唯一地确定该变换因子。然后，利用该变换因子即可求出待测量两个端点间的真实距离。同时，可以根据对各步骤的不确定性分析给出每个测量结果的误差范围。
实施例如图2所示为一被测场景的图像。按照本发明所述的方法，在图像中提取两组相互垂直的平行线如图中绿线所示，利用其消隐点计算变换矩阵并选取其中一个框的边长作为参考距离，在图像中用鼠标任选两点，就可以利用由此变换矩阵和参考距离直接从图像求出场景中这两点间的距离。例如D1，D2的真实长度分别为362.96cm和429.05cm，用本发明方法所得出的测量值分别为365.82cm和433.36cm，测量的相对误差分别为0.79％和1.0％，这是可以达到测量精度要求的。
权利要求
1.一种基于平行线的单视平面测量方法，包括步骤拍摄一幅或多幅被测场景的图像；从图像中提取出场景中所包含的两组相互垂直的平行线、线段、参考距离；计算出这两组平行线在图像上的消隐点并利用这两个消隐点构造一个变换矩阵；根据此变换矩阵和参考距离求出场景中任意两点间的距离。
2.按权利要求1所述的基于平行线的单视平面测量方法，其特征在于所述场景中的两组相互垂直的平行线、线段包括窗框、门框的对边或地板的纹理、规则物体的轮廓等信息。
全文摘要
一种基于平行线的单视平面测量方法，包括步骤拍摄一幅或多幅被测场景的图像；从图像中提取出场景中所包含的两组相互垂直的平行线或线段及参考距离信息；计算出这两组平行线在图像上的消隐点并利用这两个消隐点构造一个变换矩阵；由此变换矩阵和参考距离求出场景中任意两点间的距离。本发明提供的测量方法不需要对摄像机参数进行标定，而且具有简便、实用、测量精度高、鲁棒性好等特点，使基于视觉的测量方法走向实用。
文档编号G01C11/00GK1427246SQ0114033
公开日2003年7月2日 申请日期2001年12月17日 优先权日2001年12月17日
发明者王光辉, 胡占义 申请人:中国科学院自动化研究所