泳池监控系统之子系统的研究与设计 第10页
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图3．8地面的定标图
Fig．3．8 Calibralion phot0 0f ground
通过使七取不同的值，我们得到了如下一组实验图：
七=．0．8
七=．1
第3章游泳池定标算法的研究与实现
k=．1．2
k：．1．6
k=．1．4
k=．1．8
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七=．2 七=．2．2
图3．9游泳池底的定标图
Fig．3．9 Cfli~ation Of the b0110m 0f swimming p00l
由组图3．9分析可知，随着七值的变化，红色十字交点距离对应的距离也发生了
相应的变化，当七由．0．8到．1．8逐渐减小时，各个十字交点逐渐接近对应的方砖交
点，而当七由．1．8到．2．2逐渐减小时，各个十字交点又逐渐远离对应的方砖点，尤
其是远离图像中心的点受七值的影响较大。由此可见，以上所选的七的值中，七=
．1．8最接近真值。当然，我们也可以进一步在七=．1．8附近进行尝试获得更精确的
值。但是由于泳池监控系统对精度的要求不苛刻，而且当七=．1．8时，红色十字交
点相对于对应的方砖交点的最大误差也不过10％，在实际游泳池中这一误差也不
过2．5m(标准游泳池的尺寸为25mx5~)。所以，七=．1．8是可以接受的。
需指出的是，这里七值本身没有实际意义，但是对于凹透镜引起的畸变，七通
常为正值，此时随着k值的变大畸变越严重；对于凸透镜引起的畸变，通常七为
负值，此时随着七值的减小畸变越严重，这一点，我们可以由式(3．11)分析出
来。另外，以上所选的图片中，矩形区域是选取在离镜头较近的清晰区域，而离
镜头较远的地方，因成像不清晰而无法选取，但这并不影响七的确定。
七值确定以后，我们就得到了畸变图像与无畸变图像之间的对应关系。焦距厂
的确定，使我们得到了无畸变图像坐标系与摄像机坐标系之间的关系。因此，就
获得了由畸变图像坐标点到空间坐标点的映射关系。
第3章游泳池定标算法的研究与实现
3．5泳池定标程序的设计与实现
为实现泳池定标算法，获得空间与图像的对应关系，本文利用VC设计了泳
池定标系统。借助泳池定标系统，完整地实现图3．8至图3．9的操作，获得焦距厂
以及畸变系数七等参数；再利用经测量获得的游泳池坐标系与摄像机坐标系之间
的旋转矩阵参数和平移向量，计算出从图像二文坐标到泳池空间三文坐标的映射
关系，最后将其存放在ini文件中，供主监控系统调用。
为能随时获得合适的图像完成定标，在泳池定标系统中加入了视频采集功能，
通过视频画面既可以观察泳池内的情况，又可以根据需要随时从视频中截取图片
进行定标，定标方法已在3．4节中说明，此处不再赘述。泳池定标系统界面如图
3．10所示。界面分为4个区域：视频区、图像区、数据输入区和数据输出区。界
面左侧的“视频区"用于显示视频图像；右侧“图像区”用于显示从视频中截取
的图像，定标工作是在图像区完成的；数据输入区包含畸变系数、方砖尺寸、选
择的四边形在XY方向上方砖数量、游泳池坐标系与摄像机坐标系的关系向量：
数据输出区，主要显示五组坐标值：鼠标当前坐标和矩形四个顶点坐标。另外还
包含了几个命令按钮：“获得网格点”、“清除标记”、“重新获取4顶点”、“打开图
像’’、“点击获取图像”、“生成映射关系”和“退出”。
初始情况下，通过点击“点击获得图像”来从视频中截取一幅图像，之后就
可以直接点击图像中的适当位置获取4个顶点，4个点的坐标将依次自动显示在
数据输出区的对应4组坐标框中。4坐标获取完毕后，通过观察我们可以知道选
定的四边形区域在XY方向上方格数量，输入到“数据输入区"中对应输入框中。
那么，接下来的定标过程，就只需调整“畸变系数七"值即可。当输入区内所需
数据填写完毕后，点击“获得网格点”后我们就可以得到如图3．8所示的十字网
格点，通过判断十字网格点与对应的方砖交点的接近程度来调节七值，就可以得
到类似于图3．9所示的定标过程。需要说明的是，在改变七值前，需点击“清除
标记”来清除之前绘制的网格点。另外，若对选取矩形的4个顶点不满意，可以
通过“重新选择4顶点"来重新选取四边形的4个顶点。当所选取的k值满足要
求时，通过点击“生成映射关系"，系统就可以利用输入的空间坐标系与摄像机坐
标系之间的平移向量和旋转矩阵参数，根据图3．5的运算过程获得图像二文坐标
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