一種圖像物體測量方法和裝置與流程
2023-04-30 03:35:41 1
本發明涉及一種計算機
技術領域：
，尤其涉及一種圖像物體測量方法和裝置。
背景技術：
：視覺測量技術是建立在計算機視覺研究基礎上的一種技術，研究重點如何根據拍攝圖像確定物體在空間中的位置，進而可以計算物體的幾何參數及姿態信息等。現有技術中，視覺測量的分類方法有多種，利用同一拍攝裝置拍攝多張圖像進行測量工作的是單目視覺測量，進一步可以分為基於已知運動的測量方法和基於已知物體(或標誌物)的測量方法。基於已知運動的測量方法需要利用多幅連續圖像來計算物體位置和姿態，並且連續兩張圖像需要保持足夠的重疊度；而基於已知物體(或標誌物)的測量方法因為需要已知物體或標誌物，在一般場景中(例如街景)不能適用。技術實現要素：有鑑於此，本發明實施例提供一種圖像物體測量方法和裝置，可實現基於單張圖像的物體測量。為了解決上述技術問題，本發明實施例提供了一種圖像物體測量方法，所述方法包括：獲取圖像中地面測量點的圖像坐標參數；根據所述圖像坐標參數獲取所述地面測量點的視角參數；根據所述視角參數獲取所述地面測量點相對於圖像拍攝點的空間位置坐標；根據所述地面測量點的空間位置坐標進行水平延伸和/或垂直延伸，得到所述圖像中的空間測量點的空間位置坐標。相應地，本發明實施例還提供了一種圖像物體測量裝置，包括：圖像坐標獲取模塊，用於獲取圖像中地面測量點的圖像坐標參數；視角參數獲取模塊，用於根據所述圖像坐標參數獲取所述地面測量點的視 角參數；空間位置獲取模塊，用於根據所述視角參數獲取所述地面測量點相對於圖像拍攝點的空間位置坐標；空間位置延伸模塊，用於根據所述地面測量點的空間位置坐標進行水平延伸和/或垂直延伸，得到所述圖像中的空間測量點的空間位置坐標。本實施例通過根據圖像中的地面測量點的圖像坐標轉換為視角參數，進而根據視角參數計算得到地面測量點相對於圖像拍攝點的空間位置坐標，從而實現了視覺單目測量，只需根據單張圖像即可完成測量並且不需參照物，具有更好的適用範圍。附圖說明為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1是本發明實施例中的一種圖像物體測量方法的流程示意圖；圖2是本發明另一實施例中的圖像物體測量方法的流程示意圖；圖3是本發明實施例中的圖像物體測量裝置的結構示意圖；圖4是本發明實施例中的視角參數獲取模塊的結構示意圖；圖5是本發明實施例中的一種圖像坐標系的示例圖；圖6是本發明實施例中的視角參照系的示例圖；圖7是本發明實施例中根據地面測量點進行水平延伸和/或垂直延伸得到空間測量點坐標的示例圖；圖8是本發明實施例中空間坐標系的示例圖；圖9是本發明實施例中手機或數位相機拍攝的相片的鏡頭垂直張角的示意圖；圖10是本發明實施例中圓柱體模型的全景圖中上下底面的張角。具體實施方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清 楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。圖1是本發明實施例中的一種圖像物體測量方法的流程示意圖，如圖所示，本實施例中的圖像物體測量方法流程可以包括：S101，獲取圖像中地面測量點的圖像坐標參數。具體的，所述圖像坐標參數可以包括所述地面測量點在圖像中的橫坐標和縱坐標，如圖5所示的以圖像左上角為原點，X軸向右，Y軸向下，那麼圖像中任一位置的圖像坐標可以表示為(x，y)，其中x取值為0～W，y取值為0～H，W和H分別表示圖像的寬度和高度。在其他可選實施例中也可以採用其他平面坐標系的坐標參數表示地面測量點在圖像中的位置坐標。較優的，本發明實施例中的圖像物體測量方法尤其適用於拍攝角度為水平拍攝得到的圖像，可以包括任意鏡頭畸變可忽略的圖像，例如數位相機或手機拍攝得到的照片，或通過將多張原始照片進行處理得到的全景圖像，進一步又可以包括球模型全景圖、圓柱體模型全景圖或立方體模型全景圖等。所述地面測量點可以為用戶在圖像中的地面區域選定的點，也可以為根據空間測量點在圖像中反向延伸至地面所確定的地面測量點。進而在可選實施例中，可以通過場景標記SceneLabelling技術自動識別圖像中的地面區域，進而根據確定得到的地面區域中選取圖像中的地面測量點。S102，根據所述圖像坐標參數獲取所述地面測量點的視角參數。所述視角參數表示從圖像拍攝點到測量點的視角，例如圖6所示，以圖像中心為原點，橫軸經度代表水平視角參數，縱軸緯度代表垂直視角參數，即某個測量點的視角參數可以由水平視角參數和垂直視角參數組成，一般來說，經緯度範圍可以分別為[-180，180]和[-90，90]度。具體實現中，可以根據所述圖像坐標參數結合圖像的寬度和高度，確定所述地面測量點的視角參數。例如，所述圖像坐標參數包括所述地面測量點在圖像中的橫坐標和縱坐標，那麼可以根據所述地面測量點的橫坐標和圖像寬度確定所述地面測量點的水平視角參數，以及根據所述地面測量點的縱坐標、圖像高度以及圖像拍攝垂直張角確定所述地面測量點的垂直視角參數。如數位相機或手機的照片，如果照片為水平拍攝並已知鏡頭垂直張角(例 如圖9所示，記為±V)，圖像坐標(xi,yi)到經緯度坐標(xlon,ylat)的變換公式可以為：xlonylat=atan((2*xi-W)/H*tanV)atan((1-2*yi/H)*tanV)]]>(公式1)其中W和H分別表示圖像的寬度和高度。又如球模型的全景圖，圖像坐標(xi,yi)到經緯度坐標(xlon,ylat)的變換公式可以為：xlonylat=(2*xi/W-1)*180(1-2*yi/H)*90]]>(公式2)又如圓柱體模型的全景圖，設定上下底面的張角為±V(如圖10所示例)，圖像坐標(xi,yi)到經緯度坐標(xlon,ylat)的變換公式可以為：xlonylat=(2*xi/W-1)*180atan((1-2*yi/H)*tanV)]]>(公式3)再如立方體模型，四個側面f＝0,1,2,3可以分別獨立計算，圖像坐標(xi,yi)到經緯度坐標(xlon,ylat)的變換公式可以為：xlonylat=atan(2*xi/W-1)+f*90atan(1-2*yi/H)]]>(公式4)通過上述變換公式，即可根據所述圖像坐標參數獲取圖像上任一測量點的視角參數。需要指出的是，上述僅是示例性描述，本領域可能存在其他可能的計算方式，或採用不同坐標系下的坐標變換公式，同樣可以實現根據所述圖像坐標參數獲取所述地面測量點的視角參數。另一方面，以上僅是示例性的闡述了4種圖像中的測量點圖像坐標參數變換到視角參數的方式，實際本發明可以應用在任意鏡頭畸變可忽略的圖像中。S103，根據所述視角參數獲取所述地面測量點相對於圖像拍攝點的空間位置坐標。具體的，可以根據所述地面測量點的視角參數和所述圖像的拍攝離地高度確定所述地面測量點相對於圖像拍攝點的空間位置坐標。例如在如圖8所示的三維空間坐標系中，X軸方向為圖像的拍攝方向，Y軸方向為圖像的水平右側方向，Z軸方向為圖像的垂直向上的方向，可以通過以下計算方式確定地面測量點相對於圖像拍攝點的空間位置坐標：xgygzg=A/tan(-ylat)*cos(xlon)A/tan(-ylat)*sin(xlon)-A]]>(公式5)其中xg、yg、zg分別為地面測量點在X軸、Y軸以及Z軸上的坐標，A表示拍攝點距地面的高度。S104，根據所述地面測量點的空間位置坐標進行水平延伸和/或垂直延伸，得到所述圖像中的空間測量點的空間位置坐標。具體實現中，所述水平延伸可以包括：獲取參考點的垂直坐標，根據與所述參考點在同一垂直線上的空間測量點的圖像坐標參數獲取該空間測量點的視角參數，並根據所述視角參數獲取所述空間測量點相對於圖像拍攝點的水平位置坐標，進而將參考點的垂直坐標作為所述空間測量點的垂直坐標；所述垂直延伸可以包括：獲取參考點的視角參數和水平坐標，根據與所述參考點在同一水平面上的空間測量點的圖像坐標參數獲取該空間測量點的視角參數，並根據所述空間測量點的視角參數和參考點的視角參數獲取該空間測量點相對於圖像拍攝點的垂直位置坐標，進而將參考點的水平坐標作為該空間測量點的水平坐標；其中所述參考點為所述地面測量點或基於所述地面測量點進行水平延伸和/或垂直延伸確定得到空間位置坐標的空間測量點。例如圖7所示的全景圖像中，G1、G2以及G3為經過S201-S205確定得到空間位置坐標的地面測量點：對G1進行垂直延伸後可以得到與G1在同一垂直線上空間測量點G1』的空間位置坐標，即首先獲取G1的視角參數和水平坐標，然後根據G1』的圖像坐標參數獲取G1』的視角參數，並根據根據所述G1』的視角參數和G1的視角參數獲取G1』相對於圖像拍攝點的垂直位置坐標，進而將G1的水平坐標作為所述空間測量點的水平坐標，可以參考如下公式：xsyszs=xgygtan(ylat,s)×A/tan(-ylat,g)]]>(公式6)其中xg、yg、zg分別為地面測量點G1在X軸、Y軸以及Z軸上的坐標，在如圖8所示的三維空間坐標系中，X軸方向為圖像的拍攝方向，Y軸方向為圖像的水平右側方向，Z軸方向為圖像的垂直向上的方向；A表示拍攝點距地面 的高度，xs、ys、zs分別為空間測量點G1』的空間位置坐標，ylat,g為地面測量點的垂直視角參數，ylat,s為空間測量點的垂直視角參數。在獲取到G1』的空間位置坐標和G1的空間位置坐標後，即可以根據這兩個點的空間位置之間的空間距離，作為圖像中物體(例如圖7中的建築物)的高度的參考測量值。對G2進行水平延伸後可以得到與G2在同一水平面上的空間測量點G2』的的空間位置坐標，即首先獲取G2的垂直坐標，根據G2』的圖像坐標參數獲取G2』的視角參數，並根據所述視角參數獲取G2』相對於圖像拍攝點的水平位置坐標，進而將參考點的垂直坐標作為所述空間測量點的垂直坐標，可以參考如下公式：xsyszs=A/tan(-ylat,s)*cos(xlon,s)A/tan(-ylat,s)*sin(xlon,s)zg]]>(公式7)其中zg分別為地面測量點G2在Z軸上的坐標，A表示拍攝點距地面的高度，xs、ys、zs分別為空間測量點G2』的空間位置坐標，xlon,s和ylat,s分別為空間測量點的水平視角參數和垂直視角參數。在獲取到G2』的空間位置坐標和G2的空間位置坐標後，即可以根據這兩個點的空間位置之間的空間距離，作為圖像中物體(例如圖7中的斑馬線)的長度的參考測量值。對G3依次進行一次垂直延伸、一次水平延伸以及再一次的垂直延伸後可以得到空間測量點G3』的空間位置坐標，即根據公式6進行一次垂直延伸後，將第一次延伸得到的空間測量點作為參考點的空間位置坐標根據公式7進行一次水平延伸，最後將水平延伸得到的空間測量點作為參考點的空間位置坐標跟根據公式6進行一次垂直延伸，即可得到G3』的空間位置坐標。以此類推，採用本發明實施例提供的圖像物體測量方法，可以根據測量得到的任一地面測量點進行多次的垂直延伸和水平延伸，從而得到圖像中任一空間測量點的空間位置坐標，從而實現了視覺單目測量，並且由於只需根據單張圖像即可完成測量並且不需參照物，相較於現有技術而言具有更廣泛的適用範圍。圖2是本發明另一實施例中的圖像物體測量方法的流程示意圖，如圖所示 本實施例中的圖像物體測量方法流程可以包括：S201，通過場景標記技術確定所述圖像中的地面區域，從而選取圖像中的地面測量點。具體的，即通過場景標記SceneLabelling技術自動識別圖像中的地面區域，用戶在識別得到的地面區域中選定的點作為地面測量點，也可以為根據空間測量點在圖像中反向延伸至確定的地面區域所確定的地面測量點。S202，獲取地面測量點的圖像坐標參數,包括所述地面測量點在圖像中的橫坐標和縱坐標。S203，根據所述地面測量點的橫坐標和圖像寬度確定所述地面測量點的水平視角參數。S204，根據所述地面測量點的縱坐標、圖像高度以及圖像拍攝垂直張角確定所述地面測量點的垂直視角參數。S205，根據所述地面測量點的視角參數和所述圖像的拍攝離地高度確定所述地面測量點相對於圖像拍攝點的空間位置坐標。S206，根據所述地面測量點的空間位置坐標進行水平延伸和/或垂直延伸，得到所述圖像中的空間測量點的空間位置坐標。採用本發明實施例提供的圖像物體測量方法，可以根據測量得到的任一地面測量點進行多次的垂直延伸和水平延伸，從而得到圖像中任一空間測量點的空間位置坐標，從而實現了視覺單目測量，並且由於只需根據單張圖像即可完成測量並且不需參照物，相較於現有技術而言具有更廣泛的適用範圍。圖3是本發明實施例中的圖像物體測量裝置的結構示意圖，如圖所示，本發明實施例中的圖像物體測量裝置可以包括：圖像坐標獲取模塊310，用於獲取圖像中地面測量點的圖像坐標參數。具體的，所述圖像坐標參數可以包括所述地面測量點在圖像中的橫坐標和縱坐標，如圖5所示的以圖像左上角為原點，X軸向右，Y軸向下，那麼圖像中任一位置的圖像坐標可以表示為(x，y)，其中x取值為0～W，y取值為0～H，W和H分別表示圖像的寬度和高度。在其他可選實施例中也可以採用其他平面坐標系的坐標參數表示地面測量點在圖像中的位置坐標。較優的，本發明實施例中的圖像物體測量方法尤其適用於拍攝角度為水平拍攝得到的圖像，可以包 括任意鏡頭畸變可忽略的圖像，例如數位相機或手機拍攝得到的照片，或通過將多張原始照片進行處理得到的全景圖像，進一步又可以包括球模型全景圖、圓柱體模型全景圖或立方體模型全景圖等。所述地面測量點可以為用戶在圖像中的地面區域選定的點，也可以為根據空間測量點在圖像中反向延伸至地面所確定的地面測量點。視角參數獲取模塊320，用於根據所述圖像坐標參數獲取所述地面測量點的視角參數。所述視角參數表示從圖像拍攝點到測量點的視角，例如圖6所示，以圖像中心為原點，橫軸經度代表水平視角參數，縱軸緯度代表垂直視角參數，即某個測量點的視角參數可以由水平視角參數和垂直視角參數組成，一般來說，經緯度範圍可以分別為[-180，180]和[-90，90]度。具體實現中，可以根據所述圖像坐標參數結合圖像的寬度和高度，確定所述地面測量點的視角參數。例如，所述圖像坐標參數包括所述地面測量點在圖像中的橫坐標和縱坐標，那麼可以根據所述地面測量點的橫坐標和圖像寬度確定所述地面測量點的水平視角參數，以及根據所述地面測量點的縱坐標、圖像高度以及圖像拍攝垂直張角確定所述地面測量點的垂直視角參數。如數位相機或手機的照片，如果照片為水平拍攝並已知鏡頭垂直張角(記為±V)，圖像坐標(xi,yi)到經緯度坐標(xlon,ylat)的變換可以參考上文公式1。又如球模型的全景圖，圖像坐標(xi,yi)到經緯度坐標(xlon,ylat)的變換可以參考公式2。又如圓柱體模型的全景圖，設定上下底面的張角為±V，圖像坐標(xi,yi)到經緯度坐標(xlon,ylat)的變換可以參考公式3。再如立方體模型，圖像坐標(xi,yi)到經緯度坐標(xlon,ylat)的變換可以參考公式4。通過上述變換公式，即可根據所述圖像坐標參數獲取圖像上任一測量點的視角參數。需要指出的是，上述僅是示例性描述，本領域可能存在其他可能的計算方式，或採用不同坐標系下的坐標變換公式，同樣可以實現根據所述圖像坐標參數獲取所述地面測量點的視角參數。另一方面，以上僅是示例性的闡述了4種圖像中的測量點圖像坐標參數變換到視角參數的方式，實際本發明可以應用在任意鏡頭畸變可忽略的圖像中。在可選實施例中，所述視角參數獲取模塊310進一步可以包括：水平視角獲取單元311，用於根據所述地面測量點的橫坐標和圖像寬度確定所述地面測量點的水平視角參數；垂直視角獲取單元312，用於根據所述地面測量點的縱坐標、圖像高度以及圖像拍攝垂直張角確定所述地面測量點的垂直視角參數空間位置獲取模塊330，用於根據所述視角參數獲取所述地面測量點相對於圖像拍攝點的空間位置坐標。具體的，空間位置獲取模塊330可以根據所述地面測量點的視角參數和所述圖像的拍攝離地高度確定所述地面測量點相對於圖像拍攝點的空間位置坐標。例如在如圖8所示的三維空間坐標系中，X軸方向為圖像的拍攝方向，Y軸方向為圖像的水平右側方向，Z軸方向為圖像的垂直向上的方向，可以通過上文公式5確定地面測量點相對於圖像拍攝點的空間位置坐標。在獲取到地面測量點的空間位置坐標後，可以結合多個地面測量點的空間位置坐標計算圖像中目標測量物的長度、面積等信息。空間位置延伸模塊340，用於根據所述地面測量點的空間位置坐標進行水平延伸和/或垂直延伸，得到所述圖像中的空間測量點的空間位置坐標。具體實現中，所述水平延伸包括：獲取參考點的垂直坐標，根據與所述參考點在同一垂直線上的空間測量點的圖像坐標參數獲取該空間測量點的視角參數，並根據所述視角參數獲取所述空間測量點相對於圖像拍攝點的水平位置坐標，進而將參考點的垂直坐標作為所述空間測量點的垂直坐標；所述垂直延伸包括：獲取參考點的視角參數和水平坐標，根據與所述參考點在同一水平面上的空間測量點的圖像坐標參數獲取該空間測量點的視角參數，並根據所述空間測量點的視角參數和參考點的視角參數獲取該空間測量點相對於圖像拍攝點的垂直位置坐標，進而將參考點的水平坐標作為該空間測量點的水平坐標；其中所述參考點為所述地面測量點或基於所述地面測量點進行水平延伸和/或垂直延伸確定得到空間位置坐標的空間測量點。例如圖7所示的全景圖像中，G1、G2以及G3為空間位置獲取模塊330確定得到空間位置坐標的地面測量點：空間位置延伸模塊340對G1進行垂直延伸後可以得到與G1在同一垂直 線上空間測量點G1』的空間位置坐標，即首先獲取G1的視角參數和水平坐標，然後根據G1』的圖像坐標參數獲取G1』的視角參數，並根據根據所述G1』的視角參數和G1的視角參數獲取G1』相對於圖像拍攝點的垂直位置坐標，進而將G1的水平坐標作為所述空間測量點的水平坐標，可以參考上文公式6。在獲取到G1』的空間位置坐標和G1的空間位置坐標後，本發明的圖像物體測量裝置即可以根據這兩個點的空間位置之間的空間距離，作為圖像中物體(例如圖7中的建築物)的高度的參考測量值。空間位置延伸模塊340對G2進行水平延伸後可以得到與G2在同一水平面上的空間測量點G2』的的空間位置坐標，即首先獲取G2的垂直坐標，根據G2』的圖像坐標參數獲取G2』的視角參數，並根據所述視角參數獲取G2』相對於圖像拍攝點的水平位置坐標，進而將參考點的垂直坐標作為所述空間測量點的垂直坐標，可以參考上文公式7。在獲取到G2』的空間位置坐標和G2的空間位置坐標後，本發明的圖像物體測量裝置即可以根據這兩個點的空間位置之間的空間距離，作為圖像中物體(例如圖7中的斑馬線)的長度的參考測量值。空間位置延伸模塊340對G3依次進行一次垂直延伸、一次水平延伸以及再一次的垂直延伸後可以得到空間測量點G3』的空間位置坐標，即根據公式6進行一次垂直延伸後，將第一次延伸得到的空間測量點作為參考點的空間位置坐標根據公式7進行一次水平延伸，最後將水平延伸得到的空間測量點作為參考點的空間位置坐標跟根據公式6進行一次垂直延伸，即可得到G3』的空間位置坐標。以此類推，空間位置延伸模塊340可以根據測量得到的任一地面測量點進行多次的垂直延伸和水平延伸，從而得到圖像中任一空間測量點的空間位置坐標。進而在可選實施例中，本發明的圖像物體測量裝置進一步還可以包括：地面區域確定模塊350，用於通過場景標記技術確定所述圖像中的地面區域。即通過場景標記SceneLabelling技術自動識別圖像中的地面區域，用戶在識別得到的地面區域中選定的點作為地面測量點，也可以為根據空間測量點在圖像中反向延伸至確定的地面區域所確定的地面測量點。所述圖像坐標獲取模塊310，還用於根據所述地面區域確定模塊確定得到的地面區域中選取圖像中的地面測量點。通過上述實施例的闡述，本發明通過根據圖像中的測量點的圖像坐標轉換為視角參數，進而根據視角參數計算可以得到圖像中任一測量點相對於圖像拍攝點的空間位置坐標，從而實現了視覺單目測量，只需根據單張圖像即可完成測量並且不需參照物，具有更好的適用範圍。本領域普通技術人員可以理解實現上述實施例方法中的全部或部分流程，是可以通過電腦程式來指令相關的硬體來完成，所述的程序可存儲於一計算機可讀取存儲介質中，該程序在執行時，可包括如上述各方法的實施例的流程。其中，所述的存儲介質可為磁碟、光碟、只讀存儲記憶體(Read-OnlyMemory，ROM)或隨機存儲記憶體(RandomAccessMemory，RAM)等。以上所揭露的僅為本發明較佳實施例而已，當然不能以此來限定本發明之權利範圍，因此依本發明權利要求所作的等同變化，仍屬本發明所涵蓋的範圍。當前第1頁1 2 3