[发明专利]交通视频中道路实际距离与相应像素距离关系的标定方法

说明书

技术领域

本专利涉及一种交通视频图像信号处理技术领域，具体地讲，是一种确立交通视频图像中道路实际距离与相应像素距离关系的标定方法。 

背景技术

随着交通运输和信息技术的发展，智能交通越来越受到人们的重视。通过交通监控摄像机，人们可以在控制中心观察到各处道路的实时视频图像。由于一个城市道路网多而密集，所以人们不可能逐一、实时、人为地去通过道路视频图像去分析各处的道路情况，提供车流量、平均车速、车辆排队长度等定量的交通状况数据，必须通过计算机图像及视频处理技术来自动获取这些数据。但计算机中处理的原始长度数据都是以像素为单位的，因而必须通过一个标定过程，确立交通视频图像中道路实际距离与相应像素距离关系，才能使得计算机输出的长度数据具有实际的物理意义。 

根据镜头成像的原理，交通视频图像中道路实际距离(纵坐标)与相应像素距离(横坐标)关系不是线性关系，而是一个复杂的函数关系(如图4)。用简单的线性关系将使得从视频图像中的像素距离计算得到的实际道路距离误差很大，尤其是在距离监控摄像机较远的部分。 

目前较为精确的标定方法一般是需要摄像机、镜头内部数据和摄像机架设位置和方向等数据。如精准的焦距、摄像机距地面高度、摄像机的几个方位角、摄像机CCD靶面像素点的中心位置、摄像机CCD靶面像素点的间距、镜头畸变参数等，通过分析地面坐标系、摄像机坐标系、图像坐标系等之间的转换关系，建立成像过程的复杂数学模型，但对于交通摄像机这样大范围监控的应用而言，在实际操作中一些数据是误差是很大的，甚至根本无法获得，因而这类方法在交通视频监控中应用受到很大的限制。 

本发明就是要提供一种简单实用、且可保证标定精度的方法，以解决上述问题。 

发明内容

1)发明目的 

本发明就是要提供一种简单实用、且可保证精度的方法，以提供一种确立交通视频中道路实际距离与相应像素距离间关系的标定方法。 

根据镜头成像的原理，交通视频图像中道路实际距离与相应像素距离关系不是线性关系，而是一个复杂的函数关系。用简单的线性关系将使得从视频图像中的像素距离计算得到的实际道路距离误差很大，尤其是在距离监控摄像机较远的部分。目前一般较为精确的标定方法是需要摄像机、镜头内部数据和摄像机架设位置和方向等数据，建立复杂的成像过程的数学模型，但在实际操作中一些数据是很难得到的。 

本发明相对于直接由摄像机参数及方位的标定方法，操作大大简化，不需要知道摄像机、镜头数据和摄像机架设位置和方向等数据，且可保证精度；相对于其他线性函数表示或其他分段表示方法，标定精度有很大的提高。 

2)技术方案 

为了实现上述目的，本发明提供一种基于分段二次函数的标定方法，以确立交通视频中道路实际距离与相应像素距离间关系。 

本方法的思想是，沿道路行车方向将视频图像窗口内道路划分成长度不均匀、首尾相连的若干段(M段)，对每一段建立一个沿行车方向的实际道路距离与相应视频图像中像素距离的二次函数关系，并通过道路现场测得的每个路段端点及其中间一点的实际距离(共2M+1个实际距离)及其在视频图像中相应的像素距离，求得上述每段二次函数系数，从而确定每段实际道路距离与相应视频图像中像素距离的二次函数关系，进而获得整个视频窗口中道路实际距离与相应像素距离的分段二次函数关系。 

本发明方法的具体步骤如下： 

1)在道路上方固定好交通视频监控摄像机后，沿道路行车方向将视频图像窗口内道路划分成长度不均匀、首尾相连的若干段(M段)，通过道路现场测得每个路段端点及其中间 一点的实际距离(共2M+1个实际距离)及其相应点在视频图像中相应的像素距离(2M+1个像素距离)； 

2)对步骤1)所述的每一路段建立一个沿行车方向实际道路距离y_i(沿行车方向距该段近端点的实际道路距离)与x_i(相应的沿行车方向距该段近端点的图像像素距离)的二次函数关系y_i＝a_ix_i²+b_ix_i+c_i，(c_i＝0)，并通过步骤一所述道路现场测得的每个路段端点及其中间一点实际距离(共2M+1个实际距离)及其在视频图像中相应的像素距离，求得上述每段二次函数系数a_i，b_i，从而确定每段实际道路距离与相应视频图像中像素距离的二次函数关系；