[发明专利]一种基于单摄像机的目标空间定位方法

权利要求书

1.一种基于单摄像机的目标空间定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、利用设置于摄像机拍摄场景中心位置的参考点以及摄像机所在位置的大地绝对坐标，构建反映二维图像坐标和大地绝对坐标之间映射关系的理想线性摄像机模型；

步骤2、在摄像机的拍摄场景中的地平面上设置一组已知大地绝对坐标的标识点，各标识点均位于经过所述参考点的一条直线上；

步骤3、在摄像机所拍摄的图像中检测出所述标识点，得到各标识点在图像中的实际二维图像坐标；

步骤4、利用所述理想线性摄像机模型，将三维空间中使用大地绝对坐标表示的各标识点投影至所述图像中，得到各标识点在图像中的理想二维图像坐标；

步骤5、根据各标识点在图像中的实际二维图像坐标和理想二维图像坐标，计算出各标识点在图像中的径向误差，并将标识点的径向误差拟合为随与图像中心之间距离变化的径向误差曲线；

步骤6、在所述摄像机拍摄的图像中检测出目标，得到目标在图像中的实际二维图像坐标；利用所述径向误差曲线对目标在图像中的实际二维图像坐标进行径向校准，得到目标在图像中的理想二维图像坐标；

步骤7、根据目标在图像中的理想二维图像坐标，利用所述理想线性摄像机模型得到目标的大地绝对坐标。

2.如权利要求1所述基于单摄像机的目标空间定位方法，其特征在于，图像中标识点的检测首先通过Vibe目标检测方法得到标识点的像素级边缘，然后对标识点的像素级边缘的灰度梯度值进行高斯拟合，求解高斯函数的最高值，即得到更为精确的亚像素级标识点图像坐标。

3.如权利要求1所述基于单摄像机的目标空间定位方法，其特征在于，所述理想线性摄像机模型具体如下：

$z_c\left[\begin{array}{c}x\\ y\\ 1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}{f}_x& 0& u_0& 0\\ 0& f_y& v_0& 0\\ 0& 0& 1& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}R& t\\ 0^T& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\\ 1\end{array}\right]$

其中，f_x和f_y分别摄像机在X和Y方向上的焦距；(u₀,v₀)代表图像中心的坐标；R和t代表摄像机的旋转矩阵和平移矩阵，在单摄像机情况下均为单位矩阵；(X,Y,Z,1)表示目标的三维齐次坐标；(x,y,1)表示目标的二维图像齐次坐标；z_c为比例因子。