一種用于智能車的逆透視標(biāo)定方法
【專利摘要】一種用于智能車的逆透視標(biāo)定方法屬于智能車無人駕駛【技術(shù)領(lǐng)域】。首先在智能輛前方路面標(biāo)記出一個矩形的，記錄矩形的長和寬，使用需要逆透視標(biāo)定的攝像機(jī)捕獲一張圖像，然后從圖像中找出矩形的四個頂角點(diǎn)對應(yīng)的圖像坐標(biāo)，最后通過四個坐標(biāo)點(diǎn)和矩形的長寬計算出逆透視所需要的單應(yīng)性矩陣。本發(fā)明具有簡單易操作、輸入?yún)?shù)少、標(biāo)定精度高等優(yōu)點(diǎn)，克服了傳統(tǒng)標(biāo)定方法的缺陷。
【專利說明】-種用于智能車的逆透視標(biāo)定方法

【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明是一種用于智能車的逆透視標(biāo)定方法，屬于智能車無人駕駛【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】：
[0002] 安全駕駛、智能交通越來越受人們關(guān)注和重視，無人駕駛智能車的研究也已成為 熱點(diǎn)。車道線、斑馬線、停止線等重要的交通標(biāo)線的識別技術(shù)是智能車無人駕駛技術(shù)的重要 組成，而該些交通標(biāo)線的識別往往需要對原始圖像進(jìn)行逆透視變換。由于智能車輛長時間 的測試、行駛過程中會是攝像機(jī)的位置發(fā)生一些變化，因此經(jīng)常需要進(jìn)行逆透視標(biāo)定。
[0003] 在現(xiàn)已發(fā)表的關(guān)于逆透視變換方法的論文中都將研究重點(diǎn)放在了逆透視變換的 方法上而忽略了逆透視的標(biāo)定方法，沒有研究人員研究智能車輛中的逆透視標(biāo)定方法。由 于無人駕駛智能汽車的特殊性，要求用于智能車的逆透視標(biāo)定方法具有操作簡易、誤差小、 精度高的特點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0004] 本發(fā)明的目的在于解決無人駕駛智能汽車在實際研究和實驗中頻繁對攝像機(jī)進(jìn) 行逆透視標(biāo)定過程中遇到操作復(fù)雜、誤差大、精度低、標(biāo)定時間長的難題，提出了一種用于 智能車的逆透視標(biāo)定方法。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下的技術(shù)方案：
[0006] 步驟1 ;矩形的選定；
[0007] 步驟1-1;在攝像機(jī)的視野范圍內(nèi)的平坦地面上選取一個矩形，要求矩形的縱軸 線與智能車的縱軸線平行；
[000引步驟1-2 ;對所選取的矩形的四個頂角進(jìn)行標(biāo)記，要求標(biāo)記在攝像機(jī)的圖像畫面 中能夠清晰顯示；
[0009] 步驟1-3 ;測量矩形的邊長，橫向邊長W，縱向邊長H，單位為厘米；為了減少標(biāo)定誤 差，要求所選定的矩形的W滿足100<W<1000, H滿足300<H<1500 ;
[0010] 步驟2;捕獲圖像；
[0011] 步驟2-1 ;使用待逆透視標(biāo)定的攝像機(jī)捕獲一張圖像，要求地面上矩形的四個角 的標(biāo)記在圖像內(nèi)；
[0012] 步驟3 ;建立世界平面坐標(biāo)系；所述的世界平面是指智能車所在的地面所組成的 二維平面；所述的坐標(biāo)系是W橫軸為X軸，縱軸為Y軸，其中原點(diǎn)的左邊是X軸的正軸，右邊 是X軸負(fù)軸，上邊是Y軸負(fù)軸，下邊是Y軸的正軸；
[0013] 步驟4 ;建立圖像坐標(biāo)系；所述的圖像坐標(biāo)系是W圖像左上角為原點(diǎn)，橫軸為X軸， 縱軸為Y軸；
[0014] 步驟5 ;計算矩形四個角的世界坐標(biāo)；四個角的坐標(biāo)點(diǎn)分別表示為Pl(a/k，b/k)， P2 ((a+W) A，b/k)，P3 (a/k，化+H) A)，P4 ((a+W) A，化+H) A);其中點(diǎn) P1，P2，P3，P4 分別是 矩形左上方角、右上方角、左下方角、右下方角；其中k是一個比值，代表的是逆透視圖像中 一個像素代表的實際距離是k厘米；其中a表示的是X軸偏移距離，單位是厘米，a為正值 時逆透視圖像往右偏移，a為負(fù)值時逆透視圖像往左偏移；其中b表示的是Y軸偏移距離， 單位是厘米，b為正值時逆透視圖像往下偏移，b為負(fù)值時逆透視圖像往上偏移；P1 (a/k，b/ k)是矩形左上角點(diǎn)相對于世界坐標(biāo)原點(diǎn)的坐標(biāo)點(diǎn)，即當(dāng)a、b都為零時，PI (a/k, b/k) = 0, 0) 是世界坐標(biāo)系的原點(diǎn)；逆透視圖像中的左上角（〇,〇)即是世界坐標(biāo)系的原點(diǎn)；
[0015] 步驟6 ;計算矩形四個角在圖像中的圖像坐標(biāo)；四個角的坐標(biāo)點(diǎn)分別表示為 pi (xl, yl)，p2(x2, y2)，p3(x3, y3)，p4(x4, y4);其中其中點(diǎn) pl，p2, p3, p4 分別是矩形左上 方角、右上方角、左下方角、右下方角在圖像中的坐標(biāo)；
[0016] 步驟7 ;計算單應(yīng)性矩陣H ;所述的單應(yīng)性矩陣H是圖像坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系的轉(zhuǎn) 換關(guān)系，是一個3乘3的矩陣；利用開源計算機(jī)視覺庫的penCV)中的函數(shù)cvGe巧erspect iveTransform化P，H);其中P、p都是坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)組，分別保存了世界坐標(biāo)系中的P1，P2, P3， P4四個坐標(biāo)點(diǎn)和圖像坐標(biāo)系中的pl，p2, p3, p4四個坐標(biāo)點(diǎn)；其中H為單應(yīng)性矩陣，該函數(shù) 是通過對P、P中的坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行計算得出單應(yīng)性矩陣并保存在H中；
[0017] 步驟8 ;根據(jù)步驟7所得的H對圖像進(jìn)行逆透視變換得到逆透視圖像。
[0018] 上述方案需要特別說明是的：
[0019] 1.步驟1中的矩形選擇對標(biāo)定至關(guān)重要，決定了逆透視圖像的效果；其中有=個 步驟需要進(jìn)一步說明：步驟1-1中矩形的位置需要和智能車保持在同一地面并且要求智能 輛的縱軸與矩形框的縱軸保持在同一直線上，其目的是保證逆透視圖像的對稱性；由于程 序無法自動識別矩形的四個角，而需要人工的將該四個點(diǎn)對應(yīng)的圖像坐標(biāo)找出來，為了減 少人為干擾誤差，因此步驟1-2中要求對矩形四個角進(jìn)行標(biāo)記；步驟1-3中矩形邊長的選擇 也是決定整個標(biāo)定過程的成敗，其中W、H的選取要根據(jù)攝像機(jī)的視野范圍W及矩形框里車 輛的遠(yuǎn)近而定，如果視野范圍較小且離車輛較近則W、H可小些，反則可W大一些，其目的是 保證矩形框在攝像機(jī)的視野范圍內(nèi)；
[0020] 2.步驟5計算矩形四個角的世界坐標(biāo)中有=個參數(shù)非常重要，其值的選擇將直接 影響到標(biāo)定效果；其中k代表的是逆透視圖像中一個像素代表的實際距離是k厘米，因此根 據(jù)具體需要進(jìn)行設(shè)置，但是盡量設(shè)置為能被W、H都能整除的整數(shù)，舉例如W = 300, H = 600， 則k可W是3、5、6、10等，但是k不應(yīng)該設(shè)置得過大或過小，否則都將影響標(biāo)定效果，因為如 果k值太小則會導(dǎo)致逆透視圖像尺寸很大而增加了圖像存儲成本，如果k值太大則會導(dǎo)致 逆透視圖像尺寸很小而不利于車道線、停止線、斑馬線的識別，圖像5和圖6是a、b相同k 不同的效果圖；其中a、b的設(shè)置也非常重要，其決定了逆透視圖像的視野范圍，是因為逆透 視圖像是世界平面按k厘米每像素的比例進(jìn)行投影的，所W逆透視的原點(diǎn)即是世界坐標(biāo)系 的原點(diǎn)，而a、b就是用于控制矩形左上角在逆透視圖像或者世界坐標(biāo)平面的位置，因此a、 b決定了逆透視圖像的視野范圍，圖5和圖7是k相同a、b不同的效果圖；a、b可W是正負(fù) 值，所代表的含義也是不一樣的，但在實際的應(yīng)用中一般不會選擇負(fù)值，因為負(fù)值意味著減 小了逆透視圖像的視野范圍，但該需要根據(jù)實際應(yīng)用為主，a、b的設(shè)置不宜太大，其絕對值 盡量保持在600 W內(nèi)，并且盡量保證a、b值能整除k，從而減少因小數(shù)帶了的誤差；
[0021] 本發(fā)明的有益效果是：
[0022] 本發(fā)明通過可行的技術(shù)方案，具有W下幾點(diǎn)有益效果：
[0023] 1.解決了傳統(tǒng)標(biāo)定中因需要測量攝像機(jī)高度、俯仰角等信息而標(biāo)定誤差大的問 題；
[0024] 2.解決了傳統(tǒng)標(biāo)定板尺寸過小的問題；因為傳統(tǒng)標(biāo)定方法中一般使用黑白棋盤 格標(biāo)定板進(jìn)行標(biāo)定，而車輛體積較大，攝像機(jī)在車上很難識別到標(biāo)定板；
[0025] 3.本發(fā)明中的標(biāo)定方法簡單易操作，可W將整個逆透視標(biāo)定過程在5分鐘內(nèi)完 成；
[0026] 4.可W根據(jù)調(diào)整部分參數(shù)滿足實際應(yīng)用要求，適應(yīng)性強(qiáng)；

【專利附圖】

【附圖說明】：
[0027] 圖1本發(fā)明的流程示意圖 [002引圖2從攝像機(jī)獲取的原始圖像
[0029] 圖3輸入的參數(shù)
[0030] 圖4矩形四個角在圖像中的坐標(biāo)
[0031] 圖5參數(shù)1的結(jié)果
[00對 圖6參數(shù)2的結(jié)果
[003引圖7參數(shù)3的結(jié)果

【具體實施方式】：
[0034] 采用本發(fā)明的方法，給出一個非限定性的實例，結(jié)合圖1進(jìn)一步對本發(fā)明的具體 實施過程進(jìn)行說明。本發(fā)明在智能車輛平臺、智能車測試場地進(jìn)行實現(xiàn)，為了保證無人駕駛 智能汽車W及人員安全，所用平臺和場地均為無人駕駛技術(shù)專業(yè)實驗平臺和測試場地。所 使用的一些通用技術(shù)如圖像獲取、坐標(biāo)點(diǎn)獲取等不在詳細(xì)敘述。
[0035] 本發(fā)明的實施方式如下：
[0036] 1.按照步驟1要求在智能車前方選取一個矩形，借助車道線W及錐桶對矩形的選 取和四個角的標(biāo)記；具體操作是；首先將車輛停在兩車道的正中間，然后在車輛前方4米使 用卷尺測量選取了一個610cm乘610cm的矩形，并用錐桶的底座對矩形的四個角進(jìn)行了標(biāo) 記；按照步驟2要求從攝像機(jī)上獲取了一種圖像，見圖2 ;
[0037] 2.按照步驟3、4、5、6、7、8的詳細(xì)步驟進(jìn)行實現(xiàn)，其中所設(shè)及到的參數(shù)如下：參數(shù)1 為 k = 5、W = 610、H = 610、a = 150、b = 300 ;參數(shù) 2 為 k = 10、W = 610、H = 610、a = 150、b = 300 ;參數(shù) 3 為 k = 5、W = 610、H = 610、a = 0、b = 0 ;原始圖像大小是 1000X270 ; 圖像中矩形四個角的坐標(biāo)分別pi (304, 103)、p2化77, 104)、p3 (100, 234)、p4巧80, 238); [003引 3.逆透視標(biāo)定結(jié)果與效果：
[0039] 根據(jù)2參數(shù)1所得標(biāo)定結(jié)果
[0040]

【權(quán)利要求】
1. 一種用于智能車的逆透視標(biāo)定方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1 :矩形的選定； 步驟1-1:在攝像機(jī)的視野范圍內(nèi)的平坦地面上選取一個矩形，要求矩形的縱軸線與 智能車的縱軸線平行； 步驟1-2 :對所選取的矩形的四個頂角進(jìn)行標(biāo)記，要求標(biāo)記在攝像機(jī)的圖像畫面中能 夠清晰顯示； 步驟1-3 :測量矩形的邊長，橫向邊長W，縱向邊長H，單位為厘米；為了減少標(biāo)定誤差， 要求所選定的矩形的W滿足100〈W〈1000, H滿足300〈H〈1500 ; 步驟2:捕獲圖像； 步驟2-1 :使用待逆透視標(biāo)定的攝像機(jī)捕獲一張圖像，要求地面上矩形的四個角的標(biāo) 記在圖像內(nèi)； 步驟3 :建立世界平面坐標(biāo)系；所述的世界平面是指智能車所在的地面所組成的二維 平面；所述的坐標(biāo)系是以橫軸為X軸，縱軸為Y軸，其中原點(diǎn)的左邊是X軸的正軸，右邊是X 軸負(fù)軸，上邊是Y軸負(fù)軸，下邊是Y軸的正軸； 步驟4 :建立圖像坐標(biāo)系；所述的圖像坐標(biāo)系是以圖像左上角為原點(diǎn)，橫軸為X軸，縱軸 為Y軸； 步驟5:計算矩形四個角的世界坐標(biāo)；四個角的坐標(biāo)點(diǎn)分別表示為Pl(a/k，b/k)， P2 ((a+W) /k，b/k)，P3 (a/k，（b+H) /k)，P4 ((a+W) /k，（b+H) /k);其中點(diǎn) P1，P2，P3，P4 分別是 矩形左上方角、右上方角、左下方角、右下方角；其中k是一個比值，代表的是逆透視圖像中 一個像素代表的實際距離是k厘米；其中a表示的是X軸偏移距離，單位是厘米，a為正值 時逆透視圖像往右偏移，a為負(fù)值時逆透視圖像往左偏移；其中b表示的是Y軸偏移距離， 單位是厘米，b為正值時逆透視圖像往下偏移，b為負(fù)值時逆透視圖像往上偏移；PI (a/k，b/ k)是矩形左上角點(diǎn)相對于世界坐標(biāo)原點(diǎn)的坐標(biāo)點(diǎn)，即當(dāng)a、b都為零時，PI (a/k, b/k) = 0, 0) 是世界坐標(biāo)系的原點(diǎn)；逆透視圖像中的左上角（〇,〇)即是世界坐標(biāo)系的原點(diǎn)； 步驟6:計算矩形四個角在圖像中的圖像坐標(biāo)；四個角的坐標(biāo)點(diǎn)分別表示為 pi (xl, yl)，p2(x2, y2)，p3(x3, y3)，p4(x4, y4);其中其中點(diǎn) pl，p2, p3, p4 分別是矩形左上 方角、右上方角、左下方角、右下方角在圖像中的坐標(biāo)； 步驟7 :計算單應(yīng)性矩陣H ;所述的單應(yīng)性矩陣H是圖像坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān) 系，是一個3乘3的矩陣；利用開源計算機(jī)視覺庫（OpenCV)中的函數(shù)cvGetPerspectiveTr ansform(P，p，H);其中P、p都是坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)組，分別保存了世界坐標(biāo)系中的Pl，P2, P3, P4四 個坐標(biāo)點(diǎn)和圖像坐標(biāo)系中的pl，p2, p3, p4四個坐標(biāo)點(diǎn)；其中H為單應(yīng)性矩陣，該函數(shù)是通 過對P、p中的坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行計算得出單應(yīng)性矩陣并保存在H中； 步驟8 :根據(jù)步驟7所得的H對圖像進(jìn)行逆透視變換得到逆透視圖像。
【文檔編號】G06T7/00GK104504680SQ201410677152
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月23日
【發(fā)明者】袁家政, 劉宏哲, 鮑弘, 鄭永榮 申請人:北京聯(lián)合大學(xué)