本發(fā)明涉及車載電子技術(shù)，尤其涉及一種測量前方車輛距離的方法和裝置。

背景技術(shù)：

基于單目前向攝像頭的車輛測距是智能汽車駕駛中的前向防碰撞預(yù)警系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，對于保持車距、車道變換以及前車碰撞預(yù)警都有著重要的作用。相對于激光雷達(dá)測距、雙目視覺測距以及其他測距方法，基于單目攝像頭的測距有著成本低廉以及信息豐富的優(yōu)勢。

當(dāng)前，基于單目攝像頭的測距方法主要有：1、根據(jù)圖像中的像素位置和實際距離之間的統(tǒng)計關(guān)系建模，來估算實際距離；該方法無法建立通用的模型，要針對不同車型進行調(diào)試；2、利用攝像頭成像原理，以及近大遠(yuǎn)小的原理，對車輛進行建模，進而估算實際距離，但不能計算出確切的距離數(shù)據(jù)；3、利用道路特征和本車在車道中的位置來計算前車的距離，對于道路特征有較強的依賴性，不能通用推廣。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種測量前方車輛距離的方法和裝置，能夠測量前方的車輛與本車的距離，為駕駛員提供參考。

為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一方面，本發(fā)明提供一種測量前方車輛距離的方法，包括：

對單目前向攝像頭進行標(biāo)定得到圖像坐標(biāo)與物理坐標(biāo)之間的投影變換矩陣；

通過單目前向攝像頭獲取車輛前方的圖像；

提取前方車輛的邊緣信息，得到表示邊緣的矩形；

根據(jù)所述邊緣信息和預(yù)設(shè)車體模型計算前方車輛的第一實際距離；

根據(jù)所述邊緣信息和所述投影變換矩陣，計算前方車輛的第二實際距離；

根據(jù)所述第一實際距離和所述第二實際距離計算前方車輛距離。

其中，對單目前向攝像頭進行標(biāo)定得到圖像坐標(biāo)與物理坐標(biāo)之間的投影變換矩陣，包括：

通過所述單目前向攝像頭獲取標(biāo)定物的標(biāo)定圖像；

獲取標(biāo)定物的標(biāo)定點的物理坐標(biāo)和在標(biāo)定圖像上的圖像坐標(biāo)；

計算圖像坐標(biāo)與物理坐標(biāo)之間的投影變換矩陣。

其中，根據(jù)所述邊緣信息和所述投影變換矩陣，計算前方車輛的第二實際距離，包括：

獲得所述矩形的下邊緣的平均坐標(biāo)；

根據(jù)所述投影變換矩陣計算所述平均坐標(biāo)對應(yīng)的實際坐標(biāo)；

從所述實際坐標(biāo)中獲取前方車輛的第二實際距離。

其中，根據(jù)所述第一實際距離和所述第二實際距離計算前方車輛距離，包括：

設(shè)置所述第一實際距離的第一權(quán)重和所述第二實際距離的第二權(quán)重；

前方車輛距離＝第一實際距離*第一權(quán)重+第二實際距離*第二權(quán)重。

其中，設(shè)置所述第一實際距離的第一權(quán)重和所述第二實際距離的第二權(quán)重，包括：

所述第一權(quán)重和所述第二權(quán)重的初始值均為0.5；

根據(jù)所述第一實際距離和所述圖像的上一幀的前方車輛距離，計算所述圖像的當(dāng)前幀的第一權(quán)重；

第二權(quán)重＝1-所述第一權(quán)重。

其中，提取前方車輛的邊緣信息，得到表示邊緣的矩形，包括：

通過樣本訓(xùn)練得到車輛的lbp特征；

根據(jù)所述lbp特征識別前方車輛在圖像中的位置；

通過sobel算子進行邊緣檢測，在所述位置提取前方車輛的上邊緣和下邊緣；

對所述位置進行閾值二值化后，提取前方車輛的左邊緣和右邊緣；

所述上邊緣、所述下邊緣、所述左邊緣和所述右邊緣圍成表示邊緣的矩形。

另一方面，本發(fā)明提供一種測量前方車輛距離的裝置，包括：

標(biāo)定模塊，用于對單目前向攝像頭進行標(biāo)定得到圖像坐標(biāo)與物理坐標(biāo)之間的投影變換矩陣；

單目前向攝像頭，用于獲取車輛前方的圖像；

邊緣檢測模塊，用于提取前方車輛的邊緣信息，得到表示邊緣的矩形；

第一距離計算模塊，用于根據(jù)所述邊緣信息和預(yù)設(shè)車體模型計算前方車輛的第一實際距離；

第二距離計算模塊，用于根據(jù)所述邊緣信息和所述投影變換矩陣，計算前方車輛的第二實際距離；

融合計算模塊，用于根據(jù)所述第一實際距離和所述第二實際距離計算前方車輛距離。

進一步的，所述單目前向攝像頭還用于獲取標(biāo)定物的標(biāo)定圖像；

所述標(biāo)定模塊具體用于獲取標(biāo)定物的標(biāo)定點的物理坐標(biāo)和在標(biāo)定圖像上的圖像坐標(biāo)；計算圖像坐標(biāo)與物理坐標(biāo)之間的投影變換矩陣。

其中，所述第二距離計算模塊具體用于：

獲得所述矩形的下邊緣的平均坐標(biāo)；

根據(jù)所述投影變換矩陣計算所述平均坐標(biāo)對應(yīng)的實際坐標(biāo)；

從所述實際坐標(biāo)中獲取前方車輛的第二實際距離。

其中，所述融合計算模塊具體用于：

設(shè)置所述第一實際距離的第一權(quán)重和所述第二實際距離的第二權(quán)重；

計算前方車輛距離，所述前方車輛距離＝第一實際距離*第一權(quán)重+第二實際距離*第二權(quán)重。

本發(fā)明的有益效果為：

通過單目前向攝像頭采集車輛前方的圖像，通過成像原理，根據(jù)車體模型估算前車的距離；再通過對攝像頭進行標(biāo)定，根據(jù)圖像坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系的投影關(guān)系，計算前車的距離；將獲得的兩個距離值進行融合，得到一個接近實際距離的值，供駕駛員參考。本發(fā)明基于單目攝像頭進行測距，成本低，調(diào)試簡單，兼容不同的攝像頭安裝位置、拍攝角度和車型，并且克服了現(xiàn)有技術(shù)中采用單目攝像頭測距不準(zhǔn)確的缺陷，為駕駛員提供駕駛輔助，保證駕駛安全。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例一提供的測量前方車輛距離的方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明實施例一中標(biāo)定物的放置位置示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例二提供的測量前方車輛距離的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明解決的技術(shù)問題、采用的技術(shù)方案和達(dá)到的技術(shù)效果更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例的技術(shù)方案作進一步的詳細(xì)描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。

實施例一

本實施例提供一種測量前方車輛距離的方法，適用于駕駛中估測前車距離的情形，為駕駛員提供駕駛輔助。該方法由一種測量前方車輛距離的裝置來執(zhí)行，該裝置由軟件和/或硬件實現(xiàn)，一般集成于車載電子設(shè)備，如行車記錄儀、汽車中控設(shè)備等。

圖1是本發(fā)明實施例一提供的測量前方車輛距離的方法的流程圖。如圖1所示，所述方法包括如下步驟：

s11，對單目前向攝像頭進行標(biāo)定得到圖像坐標(biāo)與物理坐標(biāo)之間的投影變換矩陣。

預(yù)先在車輛駕駛室的適當(dāng)位置安裝單目前向攝像頭，在車輛的中心線(對稱軸)上，于車輛前方放置多個帶有標(biāo)定點的標(biāo)定物，標(biāo)定物的尺寸和擺放標(biāo)定物的位置根據(jù)需要選擇。本實施例中，標(biāo)定物的擺放位置定為距離車頭2米、3米、4米，小型車輛的標(biāo)定物高度為1.2～1.5m，大型車輛為2.0～2.3m。標(biāo)定物選取黑白棋盤格標(biāo)定板，棋盤格尺寸為30cm*30cm。圖2是本發(fā)明實施例一中標(biāo)定物的放置位置示意圖。

通過單目前向攝像頭獲取標(biāo)定物的標(biāo)定圖像，識別出標(biāo)定物上的標(biāo)定點，建立圖像坐標(biāo)系，各標(biāo)定點的圖像坐標(biāo)為(x,y,z)；再參考上述圖像坐標(biāo)系建立世界坐標(biāo)系，根據(jù)實際測量得到各標(biāo)定點的物理坐標(biāo)(u,v,w)，將各個標(biāo)定點的圖像坐標(biāo)與物理坐標(biāo)對應(yīng)起來，將他們的對應(yīng)關(guān)系用矩陣表示，得到圖像坐標(biāo)與物理坐標(biāo)之間的投影變換矩陣。

s12，通過單目前向攝像頭獲取車輛前方的圖像。

駕駛過程中，通過攝像頭獲取車輛前方的圖像。

s13，提取前方車輛的邊緣信息，得到表示邊緣的矩形。

通過大量的車輛圖像進行樣本訓(xùn)練得到車輛的lbp特征，根據(jù)所述lbp特征識別前方車輛在圖像中的位置。

通過sobel算子在所述位置進行邊緣檢測，包括：利用sobel算子提取出滿足一定閾值的邊緣點，并進行分割，選取邊緣特征強的目標(biāo)點，這些目標(biāo)點組成邊緣，進而提取出前方車輛的上邊緣和下邊緣。

采用otsu圖像二值化算法，對圖像各像素點的灰度進行統(tǒng)計，得到圖像二值化的閾值，根據(jù)該閾值對所述位置進行閾值二值化后，提取前方車輛的左邊緣和右邊緣。

所述上邊緣、所述下邊緣、所述左邊緣和所述右邊緣圍成車輛邊緣，獲得車輛邊緣的外接矩形。

s14，根據(jù)所述邊緣信息和預(yù)設(shè)車體模型計算前方車輛的第一實際距離。

通過大量的車身寬度與車身高度的車型數(shù)據(jù)，對車輛進行建模，得到預(yù)設(shè)車體模型t，t＝車身高度/車身寬度，一般情況下，t的值為[0.7,1.5]。根據(jù)步驟s13中獲得的矩形，當(dāng)矩形的高寬比滿足某個t值時，根據(jù)現(xiàn)有的車型數(shù)據(jù)，可估計得出前方車輛的車身寬度。

根據(jù)矩形的下邊緣獲取圖像中的前車距離，根據(jù)成像原理，圖像中的前車距離/第一實際距離＝矩形寬度/車身寬度，可計算出本車與前方車輛的第一實際距離。

s15，根據(jù)所述邊緣信息和所述投影變換矩陣，計算前方車輛的第二實際距離。

根據(jù)步驟s13中獲得的矩形，統(tǒng)計出矩形的下邊緣的中心點，根據(jù)該點的圖像坐標(biāo)和步驟s11中獲得的投影變換矩陣，計算出該中心點投影到世界坐標(biāo)系的物理坐標(biāo)，取物理坐標(biāo)的v的值為第二實際距離。

s16，根據(jù)所述第一實際距離和所述第二實際距離計算前方車輛距離。

設(shè)置所述第一實際距離的第一權(quán)重和所述第二實際距離的第二權(quán)重；所述第一權(quán)重和所述第二權(quán)重的初始值均為0.5；根據(jù)所述第一實際距離和所述圖像的上一幀的前方車輛距離，計算所述圖像的當(dāng)前幀的第一權(quán)重，即當(dāng)前幀的第一權(quán)重＝|第一實際距離-上一幀的前方車輛距離|/上一幀的前方車輛距離；第二權(quán)重＝1-所述第一權(quán)重。

前方車輛距離＝第一實際距離*第一權(quán)重+第二實際距離*第二權(quán)重。

其中，步驟s11包括：

s111，通過所述單目前向攝像頭獲取標(biāo)定物的標(biāo)定圖像。

安裝好單目前向攝像頭，并且放置好標(biāo)定物后，通過所述單目前向攝像頭獲取標(biāo)定物的標(biāo)定圖像。對于不同距離上設(shè)置的標(biāo)定物，分別獲取其標(biāo)定圖像。

s112，獲取標(biāo)定物的標(biāo)定點的物理坐標(biāo)和在標(biāo)定圖像上的圖像坐標(biāo)。

根據(jù)建立的世界坐標(biāo)系，通過測量等手段獲取各標(biāo)定點的物理坐標(biāo)(u,v,w)；根據(jù)圖像坐標(biāo)系，從標(biāo)定圖像上獲取各標(biāo)定點的圖像坐標(biāo)(x,y,z)。將圖像坐標(biāo)(x,y,z)對應(yīng)到平面直角坐標(biāo)系(x,y),其中，x＝x/z，y＝y(tǒng)/z。

s113，計算圖像坐標(biāo)與物理坐標(biāo)之間的投影變換矩陣。

根據(jù)坐標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系，有投影矩陣的變換公式：

圖像坐標(biāo)矩陣＝物理坐標(biāo)矩陣·投影變換矩陣，即

其中，步驟s15包括：

s151，獲得所述矩形的下邊緣的平均坐標(biāo)。

將表示車輛下邊緣的所有點的坐標(biāo)值取平均值，得到下邊緣的中心點的坐標(biāo)，記為平均坐標(biāo)。

s152，根據(jù)所述投影變換矩陣計算所述平均坐標(biāo)對應(yīng)的實際坐標(biāo)。

根據(jù)步驟s11得到的投影變換矩陣，將所述平均坐標(biāo)用矩陣表示并代入上述式一中進行計算，得到表示實際坐標(biāo)的矩陣。

s153，從所述實際坐標(biāo)中獲取前方車輛的第二實際距離。

表示實際坐標(biāo)的矩陣中，對應(yīng)實際坐標(biāo)v值的元素，則為前方車輛距離本車的第二實際距離。

本實施例通過單目前向攝像頭采集車輛前方的圖像，通過成像原理，根據(jù)車體模型估算前車的距離；再通過對攝像頭進行標(biāo)定，根據(jù)圖像坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系的投影轉(zhuǎn)換關(guān)系，估算前車的距離；將獲得的兩個距離值配合相應(yīng)的權(quán)重進行動態(tài)融合，得到一個接近實際距離的值，供駕駛員參考。本實施例基于單目攝像頭進行測距，成本低，調(diào)試簡單，兼容不同的攝像頭安裝位置和拍攝角度，也適用于各種不同車型，并且克服了現(xiàn)有技術(shù)中采用單目攝像頭測距不準(zhǔn)確的缺陷，為駕駛員提供駕駛輔助，保證駕駛安全。

實施例二

本實施例提供一種測量前方車輛距離的裝置，用于執(zhí)行上述實施例所述的測量前方車輛距離的方法，解決相同的技術(shù)問題，達(dá)到相同的技術(shù)效果。該裝置由軟件和/或硬件組成，一般集成于車載電子設(shè)備，如行車記錄儀、汽車中控設(shè)備等，也可作為單獨的測距設(shè)備安裝在汽車的駕駛室。

圖3是本發(fā)明實施例二提供的測量前方車輛距離的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。所述裝置包括：單目前向攝像頭21，標(biāo)定模塊22，邊緣檢測模塊23，第一距離計算模塊24，第二距離計算模塊25及融合計算模塊26。

標(biāo)定模塊22，用于對單目前向攝像頭21進行標(biāo)定得到圖像坐標(biāo)與物理坐標(biāo)之間的投影變換矩陣。

單目前向攝像頭21，用于獲取標(biāo)定物的標(biāo)定圖像；完成標(biāo)定后，還用于獲取車輛前方的圖像。

邊緣檢測模塊23，用于提取前方車輛的邊緣信息，得到表示邊緣的矩形。

第一距離計算模塊24，用于根據(jù)所述邊緣信息和預(yù)設(shè)車體模型計算前方車輛的第一實際距離。

第二距離計算模塊25，用于根據(jù)所述邊緣信息和所述投影變換矩陣，計算前方車輛的第二實際距離。

融合計算模塊26，用于根據(jù)所述第一實際距離和所述第二實際距離計算前方車輛距離。

進一步的，所述標(biāo)定模塊22具體用于獲取標(biāo)定物的標(biāo)定點的物理坐標(biāo)和在標(biāo)定圖像上的圖像坐標(biāo)；計算圖像坐標(biāo)與物理坐標(biāo)之間的投影變換矩陣。

其中，所述第二距離計算模塊25具體用于：

獲得所述矩形的下邊緣的平均坐標(biāo)；根據(jù)所述投影變換矩陣計算所述平均坐標(biāo)對應(yīng)的實際坐標(biāo)；從所述實際坐標(biāo)中獲取前方車輛的第二實際距離。

其中，所述融合計算模塊26具體用于：

設(shè)置所述第一實際距離的第一權(quán)重和所述第二實際距離的第二權(quán)重；計算前方車輛距離，所述前方車輛距離＝第一實際距離*第一權(quán)重+第二實際距離*第二權(quán)重。

所述第一權(quán)重和所述第二權(quán)重的初始值均為0.5；根據(jù)所述第一實際距離和所述圖像的上一幀的前方車輛距離，計算所述圖像的當(dāng)前幀的第一權(quán)重，即當(dāng)前幀的第一權(quán)重＝|第一實際距離-上一幀的前方車輛距離|/上一幀的前方車輛距離；第二權(quán)重＝1-所述第一權(quán)重。

進一步的，所述邊緣檢測模塊23具體用于：

通過樣本訓(xùn)練得到車輛的lbp特征；根據(jù)所述lbp特征識別前方車輛在圖像中的位置；通過sobel算子進行邊緣檢測，在所述位置提取前方車輛的上邊緣和下邊緣；對所述位置進行閾值二值化后，提取前方車輛的左邊緣和右邊緣；所述上邊緣、所述下邊緣、所述左邊緣和所述右邊緣圍成車輛邊緣，求得車輛邊緣的外接矩形。

本實施例基于單目攝像頭進行測距，成本低，調(diào)試簡單，兼容不同的攝像頭安裝位置和拍攝角度，并且采用成像原理和投影原理檢測前車的距離，克服了現(xiàn)有技術(shù)中采用單目攝像頭測距不準(zhǔn)確的缺陷，為駕駛員提供駕駛輔助，保證駕駛安全。

以上結(jié)合具體實施例描述了本發(fā)明的技術(shù)原理。這些描述只是為了解釋本發(fā)明的原理，而不能以任何方式解釋為對本發(fā)明保護范圍的限制?；诖颂幍慕忉?，本領(lǐng)域的技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性的勞動即可聯(lián)想到本發(fā)明的其它具體實施方式，這些方式都將落入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。