图像处理之逆透视变换
ipm特征空间转换方法
ipm特征空间转换方法
IPM（逆透视映射）是一种用于消除透视效应的变换方法，也称为逆透视。
其核心思想是将一个平面投影到另一个平面，从而消除透视效应。
IPM特征空间转换方法的基本步骤如下：
1. 确定输入和输出平面：选择要进行投影变换的输入平面和输出平面，通常是地图或传感器图像平面。
2. 确定投影变换参数：使用至少四个对应点对，不能有三点及以上共线，不需要知道摄相机参数或者平面位置的任何信息。
通过求解透视变换矩阵，可以确定投影变换参数。
3. 进行投影变换：利用确定的投影变换参数，将输入平面的图像投影到输出平面。
这一步可以使用仿射变换或者单应性变换来实现。
4. 特征提取：在输出平面上提取图像特征，包括边缘、角点、纹理等。
这些特征可以用于识别、匹配等任务。
5. 匹配与识别：将提取的特征与已知特征进行匹配和识别，以实现目标检测、跟踪、识别等功能。
IPM特征空间转换方法具有简单、快速、适用于复杂场景等优点，广泛应用于智能交通、自动驾驶、机器人等领域。
自适应逆透视变换(ipm)算法
自适应逆透视变换(IPM)算法自适应逆透视变换(IPM)算法作为计算机视觉和图像处理领域的重要技术，近年来备受关注。
它是一种能够校正图像透视失真、实现几何校正的算法，对于实时道路检测、智能驾驶等领域具有重要意义。
本文将从IPM算法的原理、实现和应用等方面进行全面探讨，希望能帮助读者深入理解并掌握这一重要的技术。
一、IPM算法原理简介IPM算法是一种通过对图像进行逆透视变换，将图像中的平行线转化为平行线，从而校正图像透视失真的算法。
它主要包括摄像机标定、透视转换和透视矩阵计算等步骤。
在摄像机标定过程中，需要确定摄像机的内参和外参，以便后续的透视转换。
透视转换则是通过透视矩阵将原始图像中的像素映射到校正后的图像中，实现透视校正的效果。
透视矩阵的计算则是通过对摄像机的内参和外参进行运算得到，包括了相机矩阵、旋转矩阵和平移矩阵等。
通过这些步骤，IPM算法能够有效地校正图像的透视失真，提高图像的几何质量和视觉效果。
二、IPM算法实现与优化在实际应用中，IPM算法需要考虑图像质量、处理速度和算法稳定性等方面的问题。
为了实现高质量的透视校正，需要对摄像机进行精确的标定，以提供准确的内参和外参参数。
在透视转换的过程中，需要考虑到图像的畸变问题，对图像进行去畸变处理，以获得更准确的透视校正效果。
另外，为了提高算法的处理速度，可以采用GPU加速、多线程并行处理等技术，以实现实时的透视校正效果。
对于算法的稳定性和鲁棒性也需要进行充分的考虑，避免图像噪声、光照变化等因素对算法的影响，以提高算法的适用性和稳定性。
三、IPM算法在智能驾驶中的应用随着智能驾驶技术的发展，IPM算法在这一领域的应用也变得越来越重要。
通过IPM算法可以实现对车辆周围环境的实时监测和分析，包括道路标识的识别、车道线的检测等。
通过逆透视变换，可以将车载摄像头捕获的图像校正为鸟瞰图，提供更直观、更清晰的道路信息。
这对于提高自动驾驶系统的环境感知能力、实现智能驾驶和车辆自主导航具有重要意义。
ipm逆透射变换 python代码
IPM逆透射变换介绍IPM（Inverse Perspective Mapping）逆透射变换是一种在计算机视觉中常用的技术，用于将车辆驾驶员视角下的图像转换为鸟瞰图。
通过逆透射变换，可以更好地理解场景并进行车辆控制、目标检测等任务。
本文将介绍IPM逆透射变换的原理和实现方法，以及如何使用Python代码实现。
原理逆透射变换的原理是通过将视角下的图像映射到鸟瞰图上，从而消除透视畸变。
透视畸变是由于相机与物体之间的距离不同而导致的图像形变现象。
通过将图像进行逆透射变换，可以将图像中的平行线变为平行线，从而更好地理解场景。
逆透射变换的过程如下：1.确定逆透射变换的目标区域，即鸟瞰图的大小和位置。
2.根据相机内参和外参，计算透视变换矩阵。
3.对于输入图像的每个像素点，通过透视变换矩阵计算其在鸟瞰图中的对应位置。
4.根据计算得到的对应位置，将像素值从输入图像复制到鸟瞰图中的对应位置。
实现下面是使用Python代码实现IPM逆透射变换的示例：import cv2import numpy as npdef ipm_inverse_transform(image, src_points, dst_points, output_size): # 计算透视变换矩阵M = cv2.getPerspectiveTransform(src_points, dst_points)# 进行逆透射变换ipm_image = cv2.warpPerspective(image, M, output_size, flags=cv2.INTER_LIN EAR)return ipm_image# 读取输入图像image = cv2.imread('input_image.jpg')# 定义逆透射变换的目标区域output_size = (400, 600)dst_points = np.float32([[0, 0], [output_size[0], 0], [output_size[0], output_ size[1]], [0, output_size[1]]])# 定义视角下的四个点src_points = np.float32([[100, 200], [500, 200], [700, 400], [0, 400]])# 进行逆透射变换ipm_image = ipm_inverse_transform(image, src_points, dst_points, output_size)# 显示结果cv2.imshow('Input Image', image)cv2.imshow('IPM Image', ipm_image)cv2.waitKey(0)cv2.destroyAllWindows()在上述代码中，首先通过cv2.getPerspectiveTransform()函数计算透视变换矩阵M，然后使用cv2.warpPerspective()函数进行逆透射变换，得到鸟瞰图ipm_image。
python车道线逆透视变换
Python 车道线逆透视变换一、概述车道线检测是自动驾驶技术中的重要一环，通过对车道线的检测可以帮助自动驾驶车辆保持在正确的车道行驶，提高行驶的安全性和稳定性。
逆透视变换是一种常用的图像处理技术，可以对图像进行修正和校正，使得车道线的检测更加准确和可靠。
本文将介绍如何使用Python进行车道线的逆透视变换。
二、透视变换简介透视变换是一种将平面上的图像投影到另一个平面上的变换方法。
在车道线检测中，透视变换常常被用来将道路的图像投影到一个新的视角下，从而可以更好地检测车道线的位置和形状。
逆透视变换则是透视变换的逆过程，可以将投影过的图像恢复到原始的视角下。
三、逆透视变换的原理逆透视变换的原理是通过寻找透视变换的逆变换矩阵来实现的。
逆变换矩阵可以将投影到新平面上的图像恢复到原始平面上。
在实际应用中，可以使用OpenCV库提供的函数来计算逆变换矩阵，并对图像进行逆透视变换。
四、使用Python进行逆透视变换的步骤1. 导入所需的库在进行逆透视变换之前，首先需要导入所需的库，包括NumPy、OpenCV和Matplotlib等。
这些库可以帮助我们完成图像的处理和显示。
2. 读取图像使用OpenCV库的函数读取待处理的图像文件，并将其转换为灰度图像。
灰度图像可以减少计算量，加快处理速度。
3. 计算逆变换矩阵使用OpenCV库的函数计算逆变换矩阵，该矩阵可以将投影到新平面上的图像投影恢复到原始平面。
通过实验和调整参数，可以找到最合适的逆变换矩阵。
4. 对图像进行逆透视变换使用OpenCV库的函数对图像进行逆透视变换，将投影到新平面上的图像恢复到原始平面上。
通过逆透视变换，可以更加清晰地显示车道线的位置和形状。
5. 显示处理结果使用Matplotlib库的函数将处理后的图像显示出来，可以直观地观察逆透视变换的效果。
通过调整参数和算法，可以得到更加准确和可靠的车道线检测结果。
五、结论逆透视变换是一种常用的图像处理技术，可以帮助我们更加准确地检测车道线的位置和形状。
逆透视变换ipm原理
逆透视变换ipm原理
逆透视变换（Inverse Perspective Mapping，简称IPM）是一种用于纠正图像中的透视畸变的技术。
在摄影学中，透视畸变是由于观察点与拍摄物体之间的相对位置引起的。
当观察点位于离物体很近的位置时，物体的上部分会显得比下部分更加窄小，造成所谓的“倾斜效应”。
IPM原理是通过将原始图像进行透视反变换，使得物体的上部分与下部分保持相同的比例和大小。
具体步骤如下：
1. 首先需要确定摄像头与物体之间的相对位置和角度关系。
这可以通过标定摄像头参数，如焦距、投影矩阵等来实现。
2. 计算透视变换矩阵，这可以通过使用透视变换的参数以及图像的宽度和高度计算得出。
3. 对图像进行透视反变换，将图像中的每个像素点从透视投影到平面上。
这可以通过将透视变换矩阵应用于每个像素点的坐标来实现。
4. 最后，对反变换后的图像进行裁剪和缩放操作，以得到最终的纠正透视畸变后的图像。
逆透视变换通常用于计算机视觉和自动驾驶领域中，以纠正车辆前方摄像头的透视畸变，以便更准确地进行距离估计和目标检测。
逆透视变换原理
逆透视变换原理
逆透视变换是一种图像处理技术，它可以将一个透视变换后的图像恢复到原始的平面视图中。
透视变换是由于摄像机成像的特性而产生的，当物体离摄像机较远时，其投影在图像上较小，当物体离摄像机较近时，其投影在图像上较大。
这种投影变换可以通过逆透视变换来逆转。
逆透视变换的原理是根据透视变换的几何关系来计算逆变换矩阵，然后将逆变换矩阵应用于透视变换后的图像上，从而恢复到原始的平面视图中。
逆变换矩阵的计算涉及到摄像机的内部参数和外部参数，例如摄像机的焦距、相机与物体的距离等。
通过这些参数，可以计算出透视变换矩阵的逆矩阵，从而实现逆透视变换。
逆透视变换在许多应用中具有广泛的应用。
例如，在计算机视觉领域，逆透视变换可以用于校正摄像机捕捉的实际场景图像，使其恢复到原始的平面视图中。
在增强现实中，逆透视变换可以用于将虚拟对象与实际场景进行融合，使其看起来更加真实。
此外，逆透视变换还可以在图像处理和计算机图形学中用于消除透视投影引起的畸变、校正图像的透视变形等。
总结而言，逆透视变换是一种将透视变换后的图像恢复到原始平面视图的图像处理技术。
其原理是根据透视变换的几何关系计算逆变换矩阵，然后将逆变换矩阵应用于透视变换后的图像上。
逆透视变换在许多应用中具有广泛的应用，并且在计算机视觉、增强现实以及图像处理和计算机图形学中发挥着重要作用。
基于逆透视投影变换的图像拼接方法
基于逆透视投影变换的图像拼接方法
袁启平;宋金泽;吴涛
【期刊名称】《微计算机信息》
【年(卷),期】2010(026)021
【摘要】为了得到大视角图像较好的拼接效果,本文提出了一种新的图像拼接方法.该方法利用逆透视投影变换的方法解决了大视角图像间视差过大的问题,利用多分辨率匹配来提高图像匹配速度,利用选取特征区域的方法来提高模板匹配的精度.实验证明了该方法能有效解决简单环境下大视角图像的拼接问题.
【总页数】3页(P208-210)
【作者】袁启平;宋金泽;吴涛
【作者单位】410073,湖南长沙,国防科学技术大学;410073,湖南长沙,国防科学技术大学;410073,湖南长沙,国防科学技术大学
【正文语种】中文
【中图分类】TP391
【相关文献】
1.一种基于改良逆投影变换的道路斑马线识别方法 [J], 王一丁;徐超
2.动态图像逆透视映射方法在路面图像拼接中的应用 [J], 曹毓;冯莹;魏立安;雷兵;王彦辉
3.基于逆透视变换的车辆排队长度检测方法及硬件实现 [J], 王闯;贺莹
4.基于约束逼近投影变换的全景图像拼接方法 [J], 余清洲;陈水利;蔡国榕;苏松志;
吴云东
5.一种基于逆透视变换的车道线检测方法 [J], 李海华;万热华;陈小玲;范娟
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一种基于逆透视变换的图像获取方法及装置[发明专利]
![一种基于逆透视变换的图像获取方法及装置[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/cf8b6fca192e45361166f590.png)
专利名称：一种基于逆透视变换的图像获取方法及装置专利类型：发明专利
发明人：杨帅
申请号：CN201910449877.1
申请日：20190528
公开号：CN112017246A
公开日：
20201201
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：公开了一种基于逆透视变换的图像获取方法、装置、计算机可读存储介质及电子设备，该方法包括：获取至少一帧图像的特征点的像素坐标；根据所述特征点的像素坐标和初始相机参数，获取所述特征点的初始空间坐标；根据所述特征点的像素坐标和所述特征点的初始空间坐标，获得经过优化的相机参数；根据所述至少一帧图像的像素坐标和经过优化的相机参数，获取所述至少一帧图像的空间坐标，以获得所述至少一帧图像对应的逆透视变换图像。
本公开的技术方案充分考虑了汽车行驶过程中的状态变化以及路况变化等对相机参数的影响，对相机参数进行优化，根据优化后的相机参数获得逆透视变换图像，从而使得所获得的逆透视变换图像更加准确。
申请人：北京地平线机器人技术研发有限公司
地址：100086 北京市海淀区中关村大街1号3层318
国籍：CN
代理机构：北京嘉科知识产权代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：杨波
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y z 1
x0 x
AT
y0 z0 0
y z 0
第二章基本线性变换
• 恒等变换 • 变换阵分区 • 平移变换 • 缩放变换 • 旋转变换 • 切变变换 • 投影变换
– 平行投影变换 – 透视投影变换
• 组合变换 • 逆变换
恒等变换
• 任意三维点与向量乘以单位阵后不变
0
1 d 1
1 0
0 cos
0 0
0
sin
0
sin
0
d
cos
d
0
h sin
0
1
h
cos
d
第四章 不可逆与信息丢失
• 透视变换阵不可逆 • 不可逆的意义
透视变换阵不可逆
• 上一章得到的透视变换阵第三列为零
• 则其可表示为其他三列的线性组合
• 故该矩阵的不满秩
• 故该矩阵不可逆 1 0 0
1
c s
s c h d
h
1
d 1
补充信息的几何意义
• 假设被变换点为P，则：
1
c s
PC PG
s c h d
h
1
d 1
1
xC yC zC 1 xG yG zG 1
c s
s c h d
h
1
d 1
xC
yC
zC
1
xG
cyG szG
syG
czG
hzG d
坐标系
• 世界坐标系（W）
– 在地面选取两个垂直的方向为X,Y轴 – 竖直向上为Z轴
• 智能车坐标系（C）
– 正右方为X轴 – 前进方向为Y轴 – 竖直向上为Z轴
• 摄像头坐标系（G）
– 视线方向为Z轴负方向 – 正右方为X轴 – 正上方为Y轴
坐标变换
• 将摄像头坐标与智能车坐标重合（摄像头 质心置于智能车质心处并向下看）
d
cos
d
0
h sin
h cos
1
h
cos
d
求逆矩阵
• 将修改的透视变换阵求逆
1
1
cos sin
sin
d
sin h sin
cos h cos
1
cos
d
h cos
d
1
cos sin
sin
cos h
d h
1
d 1
求逆矩阵
• 如此我们便得到了逆透视变换阵 • （以下将三角函数简记为首字母）
n
xi
i 1
yi
zi 1 x
y
z
n x
n
y n
z 1 n
线性变换
• 变换即映射，记为： f : X Y 或 y f (x)
• 满足如下两个条件的变换为线性变换
y f (x)
y1 y2 f (x1 x2 )
• 或简记为：
y1 y2 f (x1 x2 )
四维向量空间
• 三维点由1×4的矩阵表示 • 三维向量由1×4的矩阵表示 • 1×4的矩阵构成四维向量空间
将图像提取为图形的过程。
赛道的图形表示方法
• 最常见的赛道的图形表示方法是离散点列 • 即用离散点列的连线作为赛道的近似描述 • 其中点的Y坐标为该点在图像上对应的行号 • 点的X坐标为该点在所在行上的左右偏移量 • 这种方法可以表示赛道的边线，也可以表
• 补充信息使透视变换阵可逆 • 求逆矩阵 • 补充信息的几何意义 • 逆透视变换阵的应用
补充信息使透视变换阵可逆
• 只要将透视变换阵的主对角线全部补充为1
即可 1 1
1
cos sin
1
1
1 h
1
sin
cos
1
1
1 d 1
1 0
0 cos
0
sin
0
sin
0
sin
cos
图像处理之逆透视变换
——智能车背景理论知识 系列专题讲座之一
主讲人：虞坤霖
目录
• 第零章 前言 • 第一章 基础知识 • 第二章 基本线性变换 • 第三章 智能车摄像头透视变换阵 • 第四章 不可逆与信息丢失 • 第五章 逆透视变换阵的求解与应用 • 第六章 用逆透视变换阵处理图形 • 附 线性变换阵在空间定位中的应用
• 将摄像头向上平移一个高度h • 摄像头沿X轴旋转一个仰角 • 摄像头沿着Z轴方向透视 • 如此可由智能车坐标得摄像头坐标
坐标变换
• 将摄像头固定，上述过程可等价为：
– 智能车以及赛道向下平移一个高度h – 智能车以及赛道沿X负方向旋转一个仰角 – 智能车以及赛道沿着摄像头Z轴方向透视
坐标变换阵
第零章 前言
• 本文以智能车摄像头图像处理为背景 • 解决了根据图像信息逆透视变换得到赛道
信息的问题 • 以线性变换阵作为理论基础给出了矩阵变
换公式
第一章 基础知识
• 点的表示 • 向量的表示 • 线性变换 • 线性变换的表示
点的表示
• 三维空间中的点用1×4的矩阵表示： • (x, y, z, 1) • 一般的： • (x, y, z, w) 与 (x/w, y/w, z/w, 1) • 表示同一点 • 其中 w==1 为标准型
逆透视变换阵的应用
• 上一节中发现，为完成逆透视变换，需先知道摄 像头的深度信息，而实际上摄像头本身无法测得 该信息。
• 回忆透视变换的过程发现，透视变换阵将三维空 间映射到二维空间，补充信息后的透视变换将三 维空间映射到三维空间。
• 即如果知道摄像头的深度信息，可以还原出小车 坐标系下完整的三维信息
x f (x0 , y0 )
y
g(x0 ,
y0
)
x a11x0 a12 y0
y
a21x0
a22
y0
(
x,
y
)
(
x0
,
y0
)
a11 a21
a12 a22
(x, y) (x0 , y0 ) A
二维旋转变换
设初始点为(x0, y0 )，以原点为中心逆时针旋转后得新点(x, y)
rei0 rei0 ei rei(0 )
x
y
z
1
x
1 y
1 z
x
x
1
y y
z z
1
1
x
y
z
0
x
1 y
1 z
x
1
y
z
0
缩放变换
• 主对角线前三维能分别缩放某个维度 • 第四维整体缩放w
y z
w
x y z 1
w w w
旋转变换
• 二维旋转变换： • 已知点 (x0, y0 ) • 求该点绕原点逆时针旋转θ后的坐标 (x, y)
1
x0
y0
z0
1 k
1
1
x0
ky0
1
y0
z0 1
投影变换
• 平行投影变换（Z方向）
1
x0 y0 z0 1
1
0
x0
1
y0
0 1
投影变换
• 透视投影变换
• 空间中任意一点与(-d,0,0)点的连线与Y,Z平 面的交点
0
1
x0 y0 z0 1 1
1
d
0
y0
z0
d x0 d
1
0
dy0 d x0
0 cos 0
0
sin
0
sin
0
d
cos
d
0
h sin
0
1
h
cos
d
透视变换阵不可逆
1
1
0
1 d 1
• 该矩阵在计算时的一个因子已经是奇异的
了
• 这个奇异性导致相乘后的矩阵也是奇异的
• 归根结底在于投影变换将三维空间的点映 射到二维空间，信息丢失。
• 不同的点可能映射到相同的点，故无法求 出其逆变换
0 1
第六章 用逆透视变换阵处理图形
• 图像与图形的区别 • 赛道的图形表示方法 • 对图形逆透视变换
图像与图形的区别
• 图像与图形就是通常所说的位图与矢量图 • 图像由像素矩阵构成，每个像素记录通道
的强度 • 图形由描述图形的点、曲线方程、方程的
参数组成。 • 摄像头捕获的是图像，即像素矩阵 • 对摄像头拍摄的赛道进行提取的本质就是
x0 y0 z0 1A x y z 1 x0 y0 z0 0A x y z 0
• A是线性变换阵，前者表示三维点，后者表 示三维向量
• 乘法按照矩阵相乘的计算法则计算
线性变换的表示
• 也可将四维向量看成列向量，此时线性变 换可表示为左乘线性变换阵
• 相应的变换阵转置
x0 x
AT
y0 z0 1
hzG d
h
zG d d
逆透视变换阵的应用
• 代入原公式可得
1
c s
PC PG
s c h d
h
1
d 1
1
xC
yC
zC
1
xG
yG
syG h c h
d
1
c s
s c h d
h
1
d 1
xC
yC
zC
1
(dc h)xG syG dc
(dc h) yG hds syG dc
h
zG d d
补充信息的几何意义
• 为求得小车坐标系下点的坐标，需知道摄 像头坐标下的Z坐标（深度）。
• 由此可见，透视变换阵新加入的信息是摄 像头看到的每个像素点的深度信息。