专利名称：基于单幅图像的平面测量方法
技术领域：
本发明涉及计算机辅助自动测量。
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。另一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。
为实现上述目的，基于单幅图像的平面测量方法包括步骤在被测场景平面中放置一个模板；在被测场景中拍摄一幅或多幅含有所述模板的图像；
在图像中提取已知的模板信息；计算出被测平面与像平面间的映射关系；根据此映射关系求出场景中任意一点的坐标值及任意两点间的距离。
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
本发明采用一种简易平面模板，在该模板内含有4条或4条以上直线或线段，模板的大小可根据被测场景的大小选取合适的尺寸，对模板的材料没有特殊要求，附
图1给出了几种常用的模板实例。将该模板放在被测场景平面中，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。
该方法有效地避免了控制点的选取问题，在求取被测平面与像平面间的映射关系时直接利用模板上的直线信息，可以有效地提高测量精度，同时简化了图像处理的难度，有利于提高整个测量过程的自动化程度。对于一幅图像，该方法主要包括图像获取、模板特征提取、计算变换矩阵以及测量等步骤组成，如图2所示，各步的具体说明如下1.获取图像将该模板放在被测场景平面中，用普通照相机或数码相机拍摄一幅或多幅图像，并借助扫描仪或某些专用接口设备将图像输入计算机。2.模板特征提取通过自动或人机交互方法从图像中提取出所需的模板信息，即模板上的直线参数。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.计算变换矩阵本方法所采用的模板上的直线或线段信息是可测量的，并将其测量参数存入计算机。根据模板上的直线或线段与第2步所提取出的图像直线或线段的对应关系，求出场景平面到图像平面的映射关系矩阵M。4.测量对于图像上的任意一点，利用第3步求出的映射关系矩阵的逆变换M-1，就可以求出场景中对应点的坐标值，进而可以算出场景中任意两点间的距离。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3所示为一被测场景的图像，图中模板由两个矩形组成。按照本发明所述的方法，在图像中自动提取两个矩形的八条边并计算出被测平面与像平面间的映射关系，在图像中用鼠标任选两点，就可以利用这一映射关系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77.85cm和189.78cm，用本发明方法所得出的测量值分别为77.72cm和191.02cm，测量的相对误差分别为0.17％和0.65％，这是完全可以达到测量精度要求的。
权利要求
1.一种基于单幅图像的平面测量方法，包括步骤在被测场景平面中放置一个模板；在被测场景中拍摄一幅或多幅含有所述模板的图像；在图像中提取已知的模板信息；计算出被测平面与像平面间的映射关系；根据此映射关系求出场景中任意一点的坐标值及任意两点间的距离。
2.按权利要求1所述的基于单幅图像的平面测量方法，其特征在于所放置的模板中含有4条或4条以上直线或线段。
3.按权利要求2所述的基于单幅图像的平面测量方法，其特征在于所述的直线或线段是平面图形的边，如矩形、正方形、三角形等及其组合所产生的图形。
全文摘要
一种基于单幅图像的平面测量方法，包括步骤在被测场景平面中放置一个模板；在被测场景中拍摄一幅或多幅含有所述模板的图像；在图像中提取已知的模板信息；计算出被测平面与像平面间的映射关系；根据此映射关系求出场景中任意一点的坐标值及任意两点间的距离。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。
文档编号G01C11/00GK1427245SQ0114033
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
发明者胡占义, 吴福朝, 王光辉 申请人:中国科学院自动化研究所