深度圖像中的自動(dòng)地面檢測(cè)及攝像機(jī)相對(duì)位姿估計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種深度圖像中的自動(dòng)地面檢測(cè)及攝像機(jī)相對(duì)位姿估計(jì)方法，該方法步驟包括：標(biāo)定深度圖像；逐像素計(jì)算深度圖像depth中各點(diǎn)在深度攝像機(jī)坐標(biāo)系下的點(diǎn)云坐標(biāo)；基于隨機(jī)采樣一致性提取地面；提取地面法向矢量；計(jì)算世界坐標(biāo)系下的點(diǎn)云坐標(biāo)。本發(fā)明無需人工干預(yù)，可全自動(dòng)進(jìn)行地面的檢測(cè)，且由于該方法是基于三維深度信息的，相比基于圖像顏色信息的方法，對(duì)地面的檢測(cè)更加準(zhǔn)確，而且還可以恢復(fù)出場(chǎng)景中各像素的高度。另外本發(fā)明的方法僅需要一幅圖像即可完成當(dāng)前深度攝像機(jī)位姿以及場(chǎng)景高度的求解，不依賴于歷史信息。
【專利說明】深度圖像中的自動(dòng)地面檢測(cè)及攝像機(jī)相對(duì)位姿估計(jì)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種深度圖像中的自動(dòng)地面檢測(cè)及攝像機(jī)相對(duì)位姿估計(jì)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 地面檢測(cè)已經(jīng)成為機(jī)器人、自動(dòng)駕駛、個(gè)人娛樂、視頻監(jiān)控等領(lǐng)域中至為關(guān)鍵的技 術(shù)?；趫D像的傳統(tǒng)地面檢測(cè)方法大多數(shù)根據(jù)地面的先驗(yàn)顏色信息、顏色信息的一致性以 及強(qiáng)烈的邊緣來進(jìn)行地面的檢測(cè)，比如利用公路的深色路面以及路邊的白色標(biāo)線信息等。 其工作方式只能夠適用于一些比較簡(jiǎn)單的場(chǎng)景，對(duì)于復(fù)雜的環(huán)境不具有可靠的性能。另外 在這些應(yīng)用系統(tǒng)中，很多時(shí)候需要隨意變更深度攝像機(jī)的位置，或者深度攝像機(jī)的位置會(huì) 受到系統(tǒng)的影響而發(fā)生位置變化，因而無法隨時(shí)估計(jì)深度攝像機(jī)相對(duì)于地面的高度、姿態(tài) 以及場(chǎng)景中其他物體相對(duì)于地面的高度。
[0003] 由于能夠直接獲取在一般透視成像變換中丟失的深度信息，深度攝像機(jī)相比于普 通可見光深度攝像機(jī)有著更加明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。這些深度攝像機(jī)包括但不限于基于雙目視 覺法，飛行時(shí)間法以及光斑編碼法三種制式的深度攝像機(jī)。在這些應(yīng)用中，深度攝像機(jī)大多 通過水平安裝或者斜下視的方式對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行觀測(cè)，因而地面的自動(dòng)化檢測(cè)對(duì)于系統(tǒng)的自動(dòng) 化程度以及穩(wěn)定性提升都是至關(guān)重要的。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)需要知道許多有關(guān)地面的先驗(yàn)信息，不具有一般普適性。因而只能夠適 用于一些比較簡(jiǎn)單的場(chǎng)景，如對(duì)于復(fù)雜的環(huán)境不具有可靠的性能。另外現(xiàn)有技術(shù)一般難于 得到場(chǎng)景中各點(diǎn)的高度信息，限制了系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種深度圖像中的自動(dòng) 地面檢測(cè)及攝像機(jī)相對(duì)位姿估計(jì)方法，自動(dòng)檢測(cè)深度圖像中的地面，同時(shí)求解出深度攝像 機(jī)相對(duì)于地面的位置和姿態(tài)以及場(chǎng)景中各點(diǎn)相對(duì)于地面的位置。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種深度圖像中的自動(dòng)地面 檢測(cè)及攝像機(jī)相對(duì)位姿估計(jì)方法，包括以下步驟：
[0007] 1)將深度圖像cbpth的像素坐標(biāo)（X，y)轉(zhuǎn)換為弧度坐標(biāo)（u，V):

【權(quán)利要求】
1. 一種深度圖像中的自動(dòng)地面檢測(cè)及攝像機(jī)相對(duì)位姿估計(jì)方法，其特征在于，包括以 下步驟： 1) 將深度圖像Cbpth的像素坐標(biāo)（x，y)轉(zhuǎn)換為弧度坐標(biāo)（u，V):
其中，A為深度攝像機(jī)內(nèi)參數(shù)矩陣； 2) 逐像素計(jì)算深度圖像depth中各點(diǎn)在深度攝像機(jī)坐標(biāo)系下的點(diǎn)云坐標(biāo)：求取任一像 素點(diǎn)（u，V)在以深度攝像機(jī)位置為原點(diǎn)，由深度攝像機(jī)橫軸X。，深度圖像縱軸Y。，深度方向 Z。構(gòu)成的右手深度攝像機(jī)坐標(biāo)系下的點(diǎn)云坐標(biāo)（x。(u, V)，y。(u, V)，z。(u, V)),即： xc (u, v) = V X depth (u, v)； yc (u, v) = u X depth (u, v)； zc (u, v) = depth (u, v)； 其中cbpth(u，v)為坐標(biāo)（u，v)處的深度圖像的深度值； 3) 每次采樣過程中，隨機(jī)在深度圖像中選擇三個(gè)點(diǎn)PpP2^3，然后求取由此三點(diǎn) P1, P2, P3構(gòu)成的平面n的法向量：
其中，P1P2表示由點(diǎn)P1指向P2的向量，?表示向量的叉積；選取第四點(diǎn)P 4進(jìn)行如下檢 驗(yàn)： Iiormit X P1P4 < Th ； 其中，閾值Th = 2.56, S為深度圖像中深度值的測(cè)量噪聲標(biāo)準(zhǔn)差；若第四點(diǎn)匕滿足 iion^x P,P4| <77?.，那么第四點(diǎn)P4為平面上的點(diǎn)；依照此步驟遍歷整幅深度圖像，如果 一幅深度圖像中滿足.IMrn^xP1PilIcr/!的點(diǎn)的比例超過閾值Rati 〇,則認(rèn)為平面即為待 檢測(cè)地面； 4) 提取出滿足式|n〇ri< X PlPilIcTZi測(cè)試的所有點(diǎn)在深度攝像機(jī)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，記 為：(AXX)，......(<,乂，<)，求取出這些點(diǎn)的坐標(biāo)平均值（1；^〇，；^，2；^)， 并按照下式構(gòu)造矩陣M : VI -M1 M1 ；
5) 計(jì)算待檢測(cè)地面的法向量在深度攝像機(jī)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)如果 norm；；,.-的第二項(xiàng)為正，則令= 調(diào)整深度攝像機(jī)的位置，使 得|riorm_,,,,⑴I < 0.01，然后計(jì)算深度攝像機(jī)相對(duì)于待檢測(cè)地面的高度heighteMeM， 辦四?挪=-[尤Lg，乂嘆，C x normcg_rf;其中，norm:- (1)表示 6) 計(jì)算世界坐標(biāo)系的Z軸方向Zw在深度攝像機(jī)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)&: Z:,.=Horm^mrf7 并確定深度攝像機(jī)坐標(biāo)系下深度圖像的點(diǎn)（\，7。，2。）到世界坐標(biāo)系下深度圖像的點(diǎn) (xw, yw, zw)的關(guān)系：
坐標(biāo)系是指以待檢測(cè)地面為水平面XY,高度為垂直于Z軸方向，坐標(biāo)原點(diǎn)為深度攝像機(jī)在 地面的垂足確定的坐標(biāo)系。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的深度圖像中的自動(dòng)地面檢測(cè)及攝像機(jī)相對(duì)位姿估計(jì)方法，其 特征在于，所述步驟1)中，深度攝像機(jī)內(nèi)參數(shù)矩陣記為A通過直接線性法、兩步法、平面法 中的一種計(jì)算得到。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的深度圖像中的自動(dòng)地面檢測(cè)及攝像機(jī)相對(duì)位姿估計(jì)方 法，其特征在于，所述步驟3)中，其中比值Ratio依據(jù)圖像中的地面部分占整幅圖像中的比 值而定，如果地面占整幅圖像中的比例為Ratiogramd，那么Ratio = 0? 6?0? 8Ratiogramd。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的深度圖像中的自動(dòng)地面檢測(cè)及攝像機(jī)相對(duì)位姿估計(jì)方法， 其特征在于，所述步驟5)中，的計(jì)算過程如下：對(duì)矩陣M做標(biāo)準(zhǔn)奇異值分解： (U，D，V) = svd(M);使得M = UDV，其中矩陣U，V均為單位酉矩陣，矩陣D為矩陣M的特征 值所構(gòu)成的對(duì)角陣；V矩陣的最后一列即為待檢測(cè)地面的法向量在深度攝像機(jī)坐標(biāo)系下的 坐標(biāo)Horm^nrf。
【文檔編號(hào)】G06T7/00GK104361575SQ201410556886
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年10月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月20日
【發(fā)明者】不公告發(fā)明人 申請(qǐng)人:湖南戍融智能科技有限公司