专利名称：一种基于三维标定和特征点匹配的视频测速方法
技术领域：
本发明属于视频监控技术领域，尤其是一种基于三维标定和特征点匹配的视频测速方法。
背景技术：
车辆的运行速度测量是视频监控领域和智能交通领域的应用热点之一，它不仅涉及道路交通的管理、统计，还牵扯到事故后的责任认定问题。在即时测速方面，目前的测速方法主要采用硬件装置，如地感线圈测速，在间隔一定距离的路面下埋设地感线圈，利用已知距离和车辆经过的时间计算车速；又如激光雷达测速，利用激光反射的时间差计算目标距离，再通过距离差来计算其运动速度。无论是雷达还是地感线圈，由于其测速原理的限制，监控的往往只是一个相对固定且范围较小的区域。又由于硬件设施的价格较高，实际中这些设施也往往只安装在主要路口、高速卡口等重点位置。然而，对于绵延广阔的交通网络来讲，这显然是不够的。另外，在以责任认定为目的的事后测速方面，目前主要利用车辆的质量、被撞击物体的质量和撞击后被抛出的距离，根据物理学公式来计算车辆的速度，再利用刹车痕迹的距离计算出车辆刹车前的初始速度。这种方法受到诸如撞击角度、刹车力度、路面状况等因素的干扰，计算出的车速往往有着较大的误差，不能很好的反应事故时的真实状况。由于现有上述方案的不足，“视频测速”的概念被提出。所谓视频测速是指以监控视频为信息源进行视频中运行车辆的速度测量。相比于上述方案，视频测速具有很大的优势，如监控范围广、无需另外配置硬件、维护简单、结果精度高等。例如基于图像透视投影变换的车辆道路交通视频测速方法(申请号201110087473. 6，申请人上海交通大学)需要对非线性畸变的视频进行预先校正，并且在同一个点的精确匹配问题上中采用检测视频中的角点方法，使得测速的精度非常依赖于角点检测的质量。
发明内容
本发明针对现有技术存在的缺陷，提供一种基于三维标定和特征点匹配的视频测速方法，无须校正输入视频，可以直接测量，无须额外的硬件设备，只需要在现场进行场景的标注，即可完成场景中车辆的测速，还可重复测量以得到更加精确的测量速度。为此，本发明采取如下技术方案一种基于三维标定和特征点匹配的视频测速方法，其特征在于是按照如下方法进行测速，首先在测量场景建立三维坐标系，选择至少6个空间中的点，并记录每个点的三维坐标，同时在二维场景图像中，对记录了三维坐标的点进行手动标注，并录入每个对应点的三维坐标，通过算法得到摄像机的三维透视模型，再对交互模式进行选择，交互模式包括两种a.在视频的任意两帧中手动选择同一车辆的同一个点，进行速度测量；b.选择视频中某一帧运动车辆上的某一个点，进行车辆的运动速度测量。本发明采用对场景三维坐标测量和二维图像对应点标注的方法，得到摄像机的三维透视模型，无须对测量视频进行校正。交互模式a是根据运动车辆的同一个点在视频中不同帧(对应不同时刻)的三维场景坐标，可以计算运动车辆的位移；再根据视频的固有帧率，得到运动的时间，就可以得到汽车运动的速度，速度V =车辆的位移d+位移的时间差t。交互模式b根据每帧测出的瞬时速度进行平均，有效地克服了测量误差，得到更加精确的测量速度。所述的摄像机三维透视模型是通过以下算法得出，图像上的某个像素与其三维关 系符合如下公式
权利要求
1.一种基于三维标定和特征点匹配的视频测速方法，其特征在于是按照如下方法进行测速，首先在测量场景建立三维坐标系，选择至少6个空间中的点，并记录每个点的三维坐标，同时在二维场景图像中，对记录了三维坐标的点进行手动标注，并录入每个对应点的三维坐标，通过算法得到摄像机的三维透视模型；在视频的任意两帧中手动选择同一车辆的同一个点，根据运动车辆的同一个点在视频中不同帧的三维场景坐标，可以计算运动车辆的位移，再根据视频的固有帧率，得到运动的时间，速度V =车辆的位移d+位移的时间差to
2.根据权利要求I所述的一种基于三维标定和特征点匹配的视频测速方法，其特征在于重建三维透视模型后，通过另一种交互模式进行速度测量，直接选择视频中某一帧运动车辆上的某一个点，在后续的帧中，算法依次跟踪每一帧中的对应点，并计算其三维坐标，从而得到视频中车辆在后续帧中的平均速度。
3.根据权利要求I或2所述的一种基于三维标定和特征点匹配的视频测速方法，其特征在于所述的摄像机三维透视模型是通过以下算法得出，图像上的某个像素与其三维关系 符合如下公式
4.根据权利要求I所述的一种基于三维标定和特征点匹配的视频测速方法，其特征在于在交互模式a中，根据视频中某一帧的运动车辆上的某一个点，在另一帧中搜索同一车辆的同一个点，并可对该点进行修正，修正的步骤a)生成目标点的sift特征向量I ；b)根据上一帧的搜索结果得到当前搜索帧的预测点；c)在以预测点为中心的搜索域中多尺度的计算搜索图像每个点sift特征向量P, (/ =1,2,··-in),其中m为生成的搜索邻域的sift特征向量的总数；d)计算每一个P, (/ = 1,2,··. )与I的欧式距离，寻找距离最小的sift向量^ , 所对应的图像上的点就是与 目标点最匹配的搜索点。
全文摘要
本发明涉及一种基于三维标定和特征点匹配的视频测速方法。现有的视频测速方法计算出的车速往往有着较大的误差，不能很好的反应事故时的真实状况。本发明是按照如下方法进行测速，首先在测量场景建立三维坐标系，选择至少6个空间中的点，并记录每个点的三维坐标，同时在二维场景图像中，对记录了三维坐标的点进行手动标注，并录入每个对应点的三维坐标，通过算法得到摄像机的三维透视模型，再对交互模式进行选择，交互模式包括两种a.在视频的任意两帧中手动选择同一车辆的同一个点，进行速度测量；b.选择视频中某一帧运动车辆上的某一个点，进行车辆的运动速度测量。本发明可以直接测量，无须额外的硬件设备，只需要在现场进行场景的标注，即可完成场景中车辆的测速，还可重复测量以得到更加精确的测量速度。
文档编号G06T7/00GK102722886SQ20121016232
公开日2012年10月10日 申请日期2012年5月21日 优先权日2012年5月21日
发明者刘嘉, 尚凌辉, 杜雅慧, 杨永明, 高勇 申请人:浙江捷尚视觉科技有限公司