專利名稱：一種基于單目視覺的前方車輛測距方法
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)確計算本車與前方車輛的距離的方法，該方法對車輛顛簸引起的測距誤差具有實時動態(tài)補償效果，屬于圖像處理和機器視覺領(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，交通事故對各個國家的人民生命財產(chǎn)和國民經(jīng)濟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，車流量增大致使車距過近，駕駛員疲勞駕駛?cè)菀自斐勺肺彩鹿省Ｒ虼?，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，前方車輛檢測和距離測量技術(shù)引起了許多國家汽車行業(yè)、科研院校和政府的關(guān)注。依所采用的測距傳感器的不同，目前車輛測距技術(shù)主要可分為超聲波測距、激光測距、紅外線測距和機器視覺測距。超聲波測距、激光測距和紅外線測距，通過目標(biāo)物體對超聲波、激光、紅外線等反射的原理來實現(xiàn)測量的，這三種技術(shù)系統(tǒng)設(shè)備復(fù)雜昂貴，容易受到干擾，且有效探測距離較小，主要適用于車輛速度較低的場合。機器視覺測距通過對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)過測距模型計算出實際距離，它設(shè)備簡單，應(yīng)用前景廣闊。機器視覺測量主要分為單目視覺測量、雙目視覺測量、結(jié)構(gòu)光視覺測量。雙目視覺難點在于特征點的匹配，影響了測量的精度和效率，其理論研究的重點集中于特征的匹配上；結(jié)構(gòu)光由于光源的限制，應(yīng)用的場合比較固定；而單目視覺系統(tǒng)構(gòu)造簡單，成本低廉，計算機只需要處理單幅圖像，不需要進(jìn)行復(fù)雜的圖像匹配，相對于其他基于視覺的測距系統(tǒng)，在同一時間內(nèi)減少了系統(tǒng)工作量，節(jié)約了大量計算機處理數(shù)據(jù)的時間，視覺系統(tǒng)的實時性大大提高，能夠更好地滿足實際需要。單目視覺測距按照測量的原理主要分為基于已知運動和已知物體的測量方法。基于已知運動的測量方法是指利用攝像機的移動信息和攝像機得到的圖片測得深度距離，這種測量的缺點是要對一幅或幾幅圖片進(jìn)行特征點的匹配，匹配誤差對測量結(jié)果有明顯的影響，同時處理時間長，對于多幅圖像而言則必然需要更多的計算時間。而基于已知物體的測量方法是指在已知物體信息的條件下利用攝像機獲得的目標(biāo)圖片得到深度信息。此類方法更加適用于導(dǎo)航和定位，其缺點是利用單個特征點進(jìn)行測量，容易因特征點提取的不準(zhǔn)確性，產(chǎn)生誤差。單目測距技術(shù)在國內(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)等高校都先后開始進(jìn)行這方面的工作，如清華大學(xué)的郭磊研究在計算攝像機俯仰角時利用道路平行約束，采用幾何關(guān)系推倒法測量距離(郭磊，徐友春，李克強，連小珉.基于單目視覺的實時測距方法研究[J].中國圖象圖形學(xué)報.2006，11 (I) 74-81) 0吉林大學(xué)王榮本教授的智能車輛課題組，利用單幀圖像測距模型實現(xiàn)單目測距(顧柏園.基于單目視覺的安全車距預(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，再由此計算距離。因此他們存在著一些共性的問題一方面，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，而未考慮實際成像中存在的透鏡畸變等光路誤差，無法滿足實際應(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)以簡化問題，如相機水平放置、相機高度恒定不變、車輛無顛簸等等。而實際使用中，車輛行駛過程中發(fā)生的顛簸會改變相機拍攝的俯仰角，實驗證明，車輛測距結(jié)果對俯仰角較為敏感，俯仰角的改變將致使測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顛簸引起的測距誤差進(jìn)行實時動態(tài)補償，能夠準(zhǔn)確且快速的計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。一種基于單目視覺的前方車輛測距方法，包括下列步驟(I)對相機內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定；(2)將相機安裝在汽車上，用三線標(biāo)定法靜態(tài)標(biāo)定相機的姿態(tài)參數(shù)，如果相機姿態(tài)參數(shù)不符合選定的安裝方案，調(diào)整相機姿態(tài)后再次用三線標(biāo)定法靜態(tài)標(biāo)定相機參數(shù)，直至其相機的姿態(tài)參數(shù)符合安裝方案的要求；(3)設(shè)汽車行駛過程中因顛簸導(dǎo)致俯仰角的范圍為(Θ θ H)，調(diào)整相機俯仰角為Θ L,在相機前方的縱向方向上，距離車身一定距離設(shè)置標(biāo)志點，在該點處設(shè)置標(biāo)記物，記錄該標(biāo)志點對應(yīng)在圖像的縱坐標(biāo)，并在該標(biāo)志點處橫向再測量一定距離，記錄其對應(yīng)圖像的橫坐標(biāo)；(4)在相機前方縱向不同距離處重復(fù)步驟步驟(3)的過程，利用得到的數(shù)據(jù)分段擬合出俯仰角為Θ L時，縱坐標(biāo)與實際縱向距離的函數(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，縱坐標(biāo)與實際縱向距離的函數(shù)關(guān)系VDeH(y)和VDeM(y)，縱坐標(biāo)與水平每像素代表實際橫向距離的函數(shù)關(guān)系HD0h (y)和HD0m (y)；(6)設(shè)實時檢測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)定出相機實時的俯仰角度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，計算得到車輛目標(biāo)與本車的距離。作為優(yōu)選實施方式，步驟(2)中，相機的姿態(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的前方車輛測距方法，包括下列步驟 (1)對相機內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定； (2)將相機安裝在汽車上，用三線標(biāo)定法靜態(tài)標(biāo)定相機的姿態(tài)參數(shù)，如果相機姿態(tài)參數(shù)不符合選定的安裝方案，調(diào)整相機姿態(tài)后再次用三線標(biāo)定法靜態(tài)標(biāo)定相機參數(shù)，直至其相機的姿態(tài)參數(shù)符合安裝方案的要求； (3)設(shè)汽車行駛過程中因顛簸導(dǎo)致俯仰角的范圍為(V，eH)，調(diào)整相機俯仰角為 在相機前方的縱向方向上，距離車身一定距離設(shè)置標(biāo)志點，在該點處設(shè)置標(biāo)記物，記錄該標(biāo)志點對應(yīng)在圖像的縱坐標(biāo)，并在該標(biāo)志點處橫向再測量一定距離，記錄其對應(yīng)圖像的橫坐標(biāo)； (4)在相機前方縱向不同距離處重復(fù)步驟步驟(3)的過程，利用得到的數(shù)據(jù)分段擬合出俯仰角為h時，縱坐標(biāo)與實際縱向距離的函數(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)整相機俯仰角為eH和約為0M=(ejeH)/2，重復(fù)步驟⑶和⑷的過程，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，縱坐標(biāo)與實際縱向距離的函數(shù)關(guān)系VDeH(y)和VDeM(y)，縱坐標(biāo)與水平每像素代表實際橫向距離的函數(shù)關(guān)系 HDeH(y)和 HDeM(y)； (6)設(shè)實時檢測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的測距方法，其特征在于，步驟(2)中，相機的姿態(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的前方車輛測距方法，其特征在于，步驟(7)中，利用線性插值方法，計算車輛目標(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的前方車輛測距方法，該方法在調(diào)整好車載相機姿態(tài)后，考慮因顛簸導(dǎo)致俯仰角變化的范圍，調(diào)整相機俯仰角，然后利用得到的實測數(shù)據(jù)，分段擬合出不同俯仰角下縱坐標(biāo)與實際縱向距離的函數(shù)關(guān)系及與水平每像素代表實際橫向距離的函數(shù)關(guān)系；車輛行駛時，根據(jù)實時檢測到的左右車道線，結(jié)合三線標(biāo)定法，標(biāo)定出相機實時的俯仰角度，再利用線性插值方法，計算得到車輛目標(biāo)與本車的距離。本發(fā)明對車輛顛簸引起的測距誤差具有實時動態(tài)補償效果，可準(zhǔn)確計算本車與前方車輛的距離。
文檔編號G01C3/00GK102661733SQ20121016749
公開日2012年9月12日 申請日期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 申請人:天津工業(yè)大學(xué)