專利名稱：一種基于單目視覺(jué)的前方車輛測(cè)距方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在高速或者快速公路條件下可準(zhǔn)確計(jì)算本車與前方車輛的距離的方法，該方法對(duì)車輛顛簸引起的測(cè)距誤差具有實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償效果，屬于圖像處理和機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域，可應(yīng)用于智能交通領(lǐng)域中的智能車輛安全輔助駕駛系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，全球汽車數(shù)量激增，車禍的發(fā)生率也隨之大幅增加，交通事故對(duì)各個(gè)國(guó)家的人民生命財(cái)產(chǎn)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)都造成了巨大的損失。高速公路、快速路事故率 上升的主要原因在于公路通車?yán)锍炭焖僭鲩L(zhǎng)，車流量增大致使車距過(guò)近，駕駛員疲勞駕駛?cè)菀自斐勺肺彩鹿?。因此，為減少此類交通事故的發(fā)生，作為智能汽車安全輔助系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，前方車輛檢測(cè)和距離測(cè)量技術(shù)引起了許多國(guó)家汽車行業(yè)、科研院校和政府的關(guān)注。依所采用的測(cè)距傳感器的不同，目前車輛測(cè)距技術(shù)主要可分為超聲波測(cè)距、激光測(cè)距、紅外線測(cè)距和機(jī)器視覺(jué)測(cè)距。超聲波測(cè)距、激光測(cè)距和紅外線測(cè)距，通過(guò)目標(biāo)物體對(duì)超聲波、激光、紅外線等反射的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量的，這三種技術(shù)系統(tǒng)設(shè)備復(fù)雜昂貴，容易受到干擾，且有效探測(cè)距離較小，主要適用于車輛速度較低的場(chǎng)合。機(jī)器視覺(jué)測(cè)距通過(guò)對(duì)攝像頭采集的圖像進(jìn)行分析，定位車輛在圖像中的位置，經(jīng)過(guò)測(cè)距模型計(jì)算出實(shí)際距離，它設(shè)備簡(jiǎn)單，應(yīng)用前景廣闊。機(jī)器視覺(jué)測(cè)量主要分為單目視覺(jué)測(cè)量、雙目視覺(jué)測(cè)量、結(jié)構(gòu)光視覺(jué)測(cè)量。雙目視覺(jué)難點(diǎn)在于特征點(diǎn)的匹配，影響了測(cè)量的精度和效率，其理論研究的重點(diǎn)集中于特征的匹配上；結(jié)構(gòu)光由于光源的限制，應(yīng)用的場(chǎng)合比較固定；而單目視覺(jué)系統(tǒng)構(gòu)造簡(jiǎn)單，成本低廉，計(jì)算機(jī)只需要處理單幅圖像，不需要進(jìn)行復(fù)雜的圖像匹配，相對(duì)于其他基于視覺(jué)的測(cè)距系統(tǒng)，在同一時(shí)間內(nèi)減少了系統(tǒng)工作量，節(jié)約了大量計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)的時(shí)間，視覺(jué)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性大大提高，能夠更好地滿足實(shí)際需要。單目視覺(jué)測(cè)距按照測(cè)量的原理主要分為基于已知運(yùn)動(dòng)和已知物體的測(cè)量方法?；谝阎\(yùn)動(dòng)的測(cè)量方法是指利用攝像機(jī)的移動(dòng)信息和攝像機(jī)得到的圖片測(cè)得深度距離，這種測(cè)量的缺點(diǎn)是要對(duì)一幅或幾幅圖片進(jìn)行特征點(diǎn)的匹配，匹配誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果有明顯的影響，同時(shí)處理時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)于多幅圖像而言則必然需要更多的計(jì)算時(shí)間。而基于已知物體的測(cè)量方法是指在已知物體信息的條件下利用攝像機(jī)獲得的目標(biāo)圖片得到深度信息。此類方法更加適用于導(dǎo)航和定位，其缺點(diǎn)是利用單個(gè)特征點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，容易因特征點(diǎn)提取的不準(zhǔn)確性，產(chǎn)生誤差。單目測(cè)距技術(shù)在國(guó)內(nèi)已經(jīng)獲得廣泛的重視和深入的研究，其中清華大學(xué)、吉林大學(xué)等高校都先后開(kāi)始進(jìn)行這方面的工作，如清華大學(xué)的郭磊研究在計(jì)算攝像機(jī)俯仰角時(shí)利用道路平行約束，采用幾何關(guān)系推倒法測(cè)量距離(郭磊，徐友春，李克強(qiáng)，連小珉.基于單目視覺(jué)的實(shí)時(shí)測(cè)距方法研究[J].中國(guó)圖象圖形學(xué)報(bào).2006，11 (I) 74-81) 0吉林大學(xué)王榮本教授的智能車輛課題組，利用單幀圖像測(cè)距模型實(shí)現(xiàn)單目測(cè)距(顧柏園.基于單目視覺(jué)的安全車距預(yù)警系統(tǒng)研究[D].吉林大學(xué).2006 =101-105)。目前的單目測(cè)距研究大多先是推導(dǎo)出成像投影模型或幾何模型，再由此計(jì)算距離。因此他們存在著一些共性的問(wèn)題一方面，基本上所有研究中都是小孔成像或透視投影的光學(xué)模型，并且其中坐標(biāo)變換的幾何關(guān)系都以理想光路為前提，而未考慮實(shí)際成像中存在的透鏡畸變等光路誤差，無(wú)法滿足實(shí)際應(yīng)用中的需要。另一方面，大多研究方法都采用了眾多假設(shè)以簡(jiǎn)化問(wèn)題，如相機(jī)水平放置、相機(jī)高度恒定不變、車輛無(wú)顛簸等等。而實(shí)際使用中，車輛行駛過(guò)程中發(fā)生的顛簸會(huì)改變相機(jī)拍攝的俯仰角，實(shí)驗(yàn)證明，車輛測(cè)距結(jié)果對(duì)俯仰角較為敏感，俯仰角的改變將致使測(cè)距精度一定程度上降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種能夠?qū)囕v顛簸引起的測(cè)距誤差進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，能夠準(zhǔn)確且快速的計(jì)算本車與前方車輛的距離的方法。為此，本發(fā) 明采用如下的技術(shù)方案。一種基于單目視覺(jué)的前方車輛測(cè)距方法，包括下列步驟(I)對(duì)相機(jī)內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定；(2)將相機(jī)安裝在汽車上，用三線標(biāo)定法靜態(tài)標(biāo)定相機(jī)的姿態(tài)參數(shù)，如果相機(jī)姿態(tài)參數(shù)不符合選定的安裝方案，調(diào)整相機(jī)姿態(tài)后再次用三線標(biāo)定法靜態(tài)標(biāo)定相機(jī)參數(shù)，直至其相機(jī)的姿態(tài)參數(shù)符合安裝方案的要求；(3)設(shè)汽車行駛過(guò)程中因顛簸導(dǎo)致俯仰角的范圍為(Θ θ H)，調(diào)整相機(jī)俯仰角為Θ L,在相機(jī)前方的縱向方向上，距離車身一定距離設(shè)置標(biāo)志點(diǎn)，在該點(diǎn)處設(shè)置標(biāo)記物，記錄該標(biāo)志點(diǎn)對(duì)應(yīng)在圖像的縱坐標(biāo)，并在該標(biāo)志點(diǎn)處橫向再測(cè)量一定距離，記錄其對(duì)應(yīng)圖像的橫坐標(biāo)；(4)在相機(jī)前方縱向不同距離處重復(fù)步驟步驟(3)的過(guò)程，利用得到的數(shù)據(jù)分段擬合出俯仰角為Θ L時(shí)，縱坐標(biāo)與實(shí)際縱向距離的函數(shù)關(guān)系記為VD&(y)，縱坐標(biāo)與每像素代表水平實(shí)際橫向距離的函數(shù)關(guān)系記為HDu(y)，其中y表示縱坐標(biāo)；(5)分別調(diào)整相機(jī)俯仰角為θ H和約為Θ M = ( Θ L+ Θ H) /2，重復(fù)步驟(3)和(4)的過(guò)程，然后利用得到的數(shù)據(jù)，分段擬合出俯仰角為ΘΗ和約為ΘΜ= (θ,θΗ)/2時(shí)，縱坐標(biāo)與實(shí)際縱向距離的函數(shù)關(guān)系VDeH(y)和VDeM(y)，縱坐標(biāo)與水平每像素代表實(shí)際橫向距離的函數(shù)關(guān)系HD0h (y)和HD0m (y)；(6)設(shè)實(shí)時(shí)檢測(cè)到的左右車道線方程分別為y = k^+bi和y = k2x+b2,則兩條直線
的夾角平分線方程為y Ji+AxJ+A其中A= @，構(gòu)造出三條實(shí)際上互相平行的直
Z 1+Α ι+λ
線左右車道線和車道中線，利用步驟(4)和(5)得到的函數(shù)關(guān)系，結(jié)合三線標(biāo)定法，標(biāo)定出相機(jī)實(shí)時(shí)的俯仰角度eMal-time;(7)根據(jù)0Mal_time與θρ ΘΜ和ΘΗ的關(guān)系，利用線性插值方法，計(jì)算得到車輛目標(biāo)與本車的距離。作為優(yōu)選實(shí)施方式，步驟(2)中，相機(jī)的姿態(tài)參數(shù)符合安裝方案的要求為使水平傾角？》和方向偏角Ψ都在O. 002弧度之內(nèi)；步驟(7)中，利用線性插值方法，計(jì)算車輛目標(biāo)與本車距離的距離公式為DiS =柄2+HD權(quán)利要求
1.一種基于單目視覺(jué)的前方車輛測(cè)距方法，包括下列步驟 (1)對(duì)相機(jī)內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定； (2)將相機(jī)安裝在汽車上，用三線標(biāo)定法靜態(tài)標(biāo)定相機(jī)的姿態(tài)參數(shù)，如果相機(jī)姿態(tài)參數(shù)不符合選定的安裝方案，調(diào)整相機(jī)姿態(tài)后再次用三線標(biāo)定法靜態(tài)標(biāo)定相機(jī)參數(shù)，直至其相機(jī)的姿態(tài)參數(shù)符合安裝方案的要求； (3)設(shè)汽車行駛過(guò)程中因顛簸導(dǎo)致俯仰角的范圍為(V，eH)，調(diào)整相機(jī)俯仰角為 在相機(jī)前方的縱向方向上，距離車身一定距離設(shè)置標(biāo)志點(diǎn)，在該點(diǎn)處設(shè)置標(biāo)記物，記錄該標(biāo)志點(diǎn)對(duì)應(yīng)在圖像的縱坐標(biāo)，并在該標(biāo)志點(diǎn)處橫向再測(cè)量一定距離，記錄其對(duì)應(yīng)圖像的橫坐標(biāo)； (4)在相機(jī)前方縱向不同距離處重復(fù)步驟步驟(3)的過(guò)程，利用得到的數(shù)據(jù)分段擬合出俯仰角為h時(shí)，縱坐標(biāo)與實(shí)際縱向距離的函數(shù)關(guān)系記為VDeJy)，縱坐標(biāo)與每像素代表水平實(shí)際橫向距離的函數(shù)關(guān)系記為HDeJy)，其中y表示縱坐標(biāo)； (5)分別調(diào)整相機(jī)俯仰角為eH和約為0M=(ejeH)/2，重復(fù)步驟⑶和⑷的過(guò)程，然后利用得到的數(shù)據(jù)，分段擬合出俯仰角為eH和約為eM= (0j0h)/2時(shí)，縱坐標(biāo)與實(shí)際縱向距離的函數(shù)關(guān)系VDeH(y)和VDeM(y)，縱坐標(biāo)與水平每像素代表實(shí)際橫向距離的函數(shù)關(guān)系 HDeH(y)和 HDeM(y)； (6)設(shè)實(shí)時(shí)檢測(cè)到的左右車道線方程分別為y= kjX+bj和y = k2x+b2,則兩條直線的夾角平分線方程為
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于單目視覺(jué)的測(cè)距方法，其特征在于，步驟(2)中，相機(jī)的姿態(tài)參數(shù)符合安裝方案的要求為使水平傾角和方向偏角W都在0. 002弧度之內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于單目視覺(jué)的前方車輛測(cè)距方法，其特征在于，步驟(7)中，利用線性插值方法，計(jì)算車輛目標(biāo)與本車距離的距離公式為
全文摘要
本發(fā)明屬于智能交通技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于單目視覺(jué)的前方車輛測(cè)距方法，該方法在調(diào)整好車載相機(jī)姿態(tài)后，考慮因顛簸導(dǎo)致俯仰角變化的范圍，調(diào)整相機(jī)俯仰角，然后利用得到的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，分段擬合出不同俯仰角下縱坐標(biāo)與實(shí)際縱向距離的函數(shù)關(guān)系及與水平每像素代表實(shí)際橫向距離的函數(shù)關(guān)系；車輛行駛時(shí)，根據(jù)實(shí)時(shí)檢測(cè)到的左右車道線，結(jié)合三線標(biāo)定法，標(biāo)定出相機(jī)實(shí)時(shí)的俯仰角度，再利用線性插值方法，計(jì)算得到車輛目標(biāo)與本車的距離。本發(fā)明對(duì)車輛顛簸引起的測(cè)距誤差具有實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償效果，可準(zhǔn)確計(jì)算本車與前方車輛的距離。
文檔編號(hào)G01C3/00GK102661733SQ20121016749
公開(kāi)日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月28日
發(fā)明者吳駿, 張芳, 方勝宇, 王悅, 耿磊, 肖志濤 申請(qǐng)人:天津工業(yè)大學(xué)