CN101819038A - 基于标线参数的交通事故现场二维测量及俯视校正方法 - Google Patents

Abstract

一种基于标线参数的交通事故现场二维测量及俯视校正方法，其显著特征是，直接利用事故现场路面标线的直线方程参数，对照片图像进行标定，实现路面点的二维测量与俯视比例校正。本发明利用路面现有的标线进行标定，去除了携带标定物的繁琐；只需一张照片即可进行测量，避免了使用多幅照片测量的对应点匹配的难题，使用简单，易于实现，可节约交通事故的勘察节约所需时间；由于采用尺度较大的标线进行标定，标定算法稳定性好，相对使用预制标定物标定的二维测量方法，提高了测量精度，可以满足快速处理交通事故的要求。

Description

基于标线参数的交通事故现场二维测量及俯视校正方法

技术领域

本发明涉及一种用于交通安全领域事故现场快速测量的方法。利用现场广泛存在的路面标线参数直接对摄影图像进行二维标定，实现现场路面参数的测量与俯视比例校正，具有便捷、快速、鲁棒性高的特点。

背景技术

交通事故测量技术是获取交通事故信息的基础。根据交通事故现场摄影测量的需要，利用交通事故现场摄影图像提取事故现场空间位置信息的方法主要有三维方法和二维方法两类。

三维方法：

由于摄影照片使用二维平面表示三维空间，在成像过程中丢失了深度信息，所以，在没有其它信息的情况下，无法直接根据一幅摄影图像上二维坐标信息恢复三维空间信息。所以，在交通事故现场勘测中，如果需要三维空间信息，需要两幅或两幅以上的摄影照片进行测量。检索现有技术，已有一些专利申请提供了一些解决方法。如中国专利申请号200710039376.3，专利名称《交通事故现场的摄影测量方法》；中国专利申请号：200810121671.8，专利名称《基于双目立体全方位视觉的交通事故现场测绘仪》；中国专利申请号：200810243025.9，专利名称《基于双目视觉的交通事故现场摄影测量方法》。这些技术的优势是可以实现空间三维坐标的测量，但需要至少两幅以上摄影照片或用两个相机同时在不同的角度拍摄，并需要在事故现场设置标定点，使用繁琐，多幅照片间的对应点匹配困难，标定精度难以保证。

二维方法：

如果图像上的所有点在空间中都位于同一个平面上，则图像平面上点的位置与空间平面中点的位置就存在一一对应关系，那么就可以由一幅摄影照片确定现场平面空间点的相对位置。在交通事故现场，事故分析所需要的大部分空间位置参数(如轮胎拖痕、油迹、撒落物等)都位于道路平面上。对交通事故现场进行俯视拍摄，尤其在拍摄的高度远大于道路上车辆等物体的高度时，交通事故现场路面可近似看做一个平面，因此可以用一幅摄影照片来测量交通事故现场路面上点的坐标，这种方法称为交通事故现场摄影测量的二维方法，也叫做交通事故现场俯视摄影测量方法。

对现有技术检索发现，要进行二维测量并对摄影图像进行标定，现有的技术一般都需要在现场布设4个以上的标定参考点，通过现场坐标标定参考点坐标和图像坐标之间的对应关系，建立图像坐标到现场坐标的变换关系。中国专利申请号200910049882.X，专利名称《交通事故现场图像数据信息采集及处理方法》中，通过使用固定机构调节四个激光测距仪的角度，在路面上形成围绕事故现场特征的四边形激光标靶。王丰元，杨朝会，邹旭东，周群辉在《交通运输工程与信息学报》2008，6(1)：1-5上的“基于道路标线的交通事故现场摄影测量研究”，虽然提出用道路标线进行摄影测量，但所采用的方法还是提取道路标线角点坐标进行标定的方法，其本质还是基于点的标定下的测量。在现场测量点的坐标，操作复杂，且测量误差大。在图像上提取参考点的图像坐标鲁棒性差。

由于在图像中检测直线相对角度检测而言具有较高的鲁棒性和准确性，且现场路面标线的直线参数测量方便，因此研究一种便捷、鲁棒性强的基于现场标线直线参数的标定方法实现交通事故现场二维测量及俯视校正具有重要的使用价值。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的不足和缺陷，提出一种基于标线参数的交通事故现场二维测量机俯视校正方法。

本发明通过下述技术实现：

1.建立基于直线的二维测量标定模型：

对空间坐标系内的点(X，Y，Z)，其对应的图像坐标系象素坐标为(x，y)，则根据照相机线性成像模型(图1)，它们的关系可写为

$w\left(\begin{array}{c}X\\ Y\\ 1\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}{C}_1& C_2& C_3\\ C_4& C_5& C_6\\ C_7& C_8& 1\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}x\\ y\\ 1\end{array}\right)---\left(1\right)$

对现场平面的直线AX+BY+C＝0及其在摄影图像上的投影ax+by+c＝0，有：

$w\left(\begin{array}{ccc}A& B& C\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}X\\ Y\\ 1\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}A& B& C\end{array}\right)\left(\begin{array}{ccc}{C}_1& C_2& C_3\\ C_4& C_5& C_6\\ C_7& C_8& 1\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}x\\ y\\ 1\end{array}\right)---\left(2\right)$

对直线AX+BY+C＝0，有

$w\left(\begin{array}{ccc}A& B& C\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}X\\ Y\\ 1\end{array}\right)=0---\left(3\right)$

即 $\left(\begin{array}{ccc}A& B& C\end{array}\right)\left(\begin{array}{ccc}{C}_1& C_2& C_3\\ C_4& C_5& C_6\\ C_7& C_8& 1\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}x\\ y\\ 1\end{array}\right)=0---\left(4\right)$

对直线ax+by+c＝0，有：

$\left(\begin{array}{ccc}A& B& C\end{array}\right)\left(\begin{array}{ccc}{C}_1& C_2& C_3\\ C_4& C_5& C_6\\ C_7& C_8& 1\end{array}\right)=w^{\′}\left(\begin{array}{ccc}a& b& c\end{array}\right)---\left(5\right)$

因此有

$\left[\begin{array}{cccccccc}\mathrm{cA}& 0& -\mathrm{aA}& \mathrm{cB}& 0& \mathrm{aB}& \mathrm{cC}& 0\\ 0& \mathrm{cA}& -\mathrm{bA}& 0& \mathrm{cB}& -\mathrm{bB}& 0& \mathrm{cC}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{C}_1\\ C_2\\ C_3\\ C_4\\ C_5\\ C_6\\ C_7\\ C_8\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\mathrm{aC}\\ \mathrm{bC}\end{array}\right]---\left(6\right)$

根据上，如果已知道路空间四条直线的参数方程，则可以标定出道路平面和图像平面之间的变换关系。

2.实现步骤：

(1)用数码相机拍摄现场图像，图像应包括标线和需要测量的点；

(2)根据路面标线特征，建立现场坐标系，并测量现场坐标系下的直线方程参数；

(3)通过鼠标拾取或直线段检测算法，提取照片图像中路面标线对应图像的直线参数；

(4)利用在现场坐标系下的直线方程及对应直线在图像坐标系下的直线方程，根据式(6)进行基于直线参数的二维摄影测量标定；

(5)坐标测量：通过鼠标拾取图像上的点，根据式(1)测量其在现场坐标系下的坐标；

(6)距离测量：通过鼠标拾取图像上的两个点，测量两点间的实际距离；

(7)通过鼠标取点的方式，圈定感兴趣区域；

(8)生成感兴趣区域的俯视比例校正图；

(9)在比例校正图上进行距离测量。

本发明具有以下特点：利用事故现场路面标线的直线位置参数，对照片图像进行标定，实现路面点的二维测量与俯视比例校正，具有标定数据测量快速，技术过程简单等特点。

附图说明

图1基于直线的二维测量标定模型

图2实验照片

图3建立实际现场坐标系并测量直线参数

图4检测照片上的直线参数

图5测量距离(单位：cm)

图6选择感兴趣区域

图7生成比例俯视图

图8在比例俯视图上进行距离测量

具体实施方式

下面结合附图对本方面的实施例做详细说明：本实施例在以本方面技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

(1)用数码相机拍摄现场图像，图像应包括标线和需要测量的点；为了提高测量精度，数码相机选择非线性畸变较小的镜头，拍摄照片的分辨率尽可能高，一般要求在800万像素以上，本实例用佳能普通数码相机拍摄，分辨率800万像素(图2)。

(2)根据路面标线特征，建立现场坐标系，并测量现场坐标系下的直线参数(图3)；在现场可根据标线状态任意设定坐标系，坐标系的设置尽量便于测量标线的直线参数，在设置坐标系后，可用皮尺、激光测距仪等测量工具测量所选择的标线直线参数，也可以通过道路标志标线设计图纸等资料确定所需的直线参数。为便于测量，可以把现场路面坐标系的x轴和y轴分别定位在标线相互两个垂直的边缘上；图3中，为了便于测量，把现场路面坐标系的x轴和y轴分别定位在人行横道标线相互两个垂直的边缘上，只需测量两个距离，就可得到标定照片需要的四条直线在现场路面坐标系下的直线方程：L1：X＝0；L2：Y＝0；L3：X＝W L4：Y＝H。本例标定所用的四条直线见图4，测量值为：人行道宽度400cm，人行横道标线宽45cm，标线间距64cm。所以本例标定所用的四条标定直线方程为：L1：X＝0；L2：Y＝0；L3：X＝400cm；L4：Y＝315cm。

(3)通过鼠标拾取或直线段检测算法，提取照片图像中路面标线对应的直线参数(图4)，直线方程可通过拾取直线的两点或通过直线检测方法由计算机程序直线求出。

(4)根据在现场坐标系下的直线方程及对应直线在图像坐标系下的直线方程，根据公式(6)采用最小二乘法进行基于直线参数的二维摄影测量标定。

(5)坐标测量：通过鼠标拾取图像上的点，根据式(1)测量其在现场坐标系下的坐标

(6)距离测量：通过鼠标拾取图像上的两个点，测量两点间的实际距离(图5)，测出直行车前轮到左转车前轮和后轮的距离分别为664.14cm和610.52cm。

(7)通过鼠标取点的方式，圈定感兴趣区域(图6)；

(8)生成感兴趣区域的俯视比例校正图(图7)，通过俯视图可以直观地分析路面各点(包括车轮接地点)之间的相互距离。

(9)在比例校正图上进行距离测量(图8)，在校正图上可方便地测量车轮接地点到人行横道边缘的距离等数据。

本发明实例主要用于有路面标线的交通事故现场路面痕迹，车轮路面接地点位置等测量。

Claims (5)

1.一种基于标线参数的交通事故现场二维测量及俯视校正方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)用数码相机拍摄现场图像，图像应包括标线和需要测量的点；

(2)根据路面标线特征，建立现场坐标系，并测量现场坐标系下的直线参数；

(3)通过鼠标拾取或直线段检测算法，提取照片图像中路面标线对应的直线参数；

(4)根据在现场坐标系下的直线方程及对应直线在图像坐标系下的直线方程，进行基于直线参数的二维摄影测量标定；

(5)坐标测量：通过鼠标拾取图像上的点，测量其在现场坐标系下的坐标；

(6)距离测量：通过鼠标拾取图像上的两个点，测量两点间的实际距离；

(7)通过鼠标取点的方式，圈定感兴趣区域；

(8)生成感兴趣区域的俯视比例校正图；

(9)在比例校正图上进行距离测量。

2.根据权利要求1所述的基于标线参数的交通事故现场二维测量及俯视校正方法，其特征在于，所述的步骤(2)，具体是指：在现场可根据标线状态任意设定坐标系，坐标系的设置尽量便于测量标线的直线参数，在设置坐标系后，可用皮尺、激光测距仪等工具测量所选择的标线直线参数，也可以通过道路标志标线设计图纸等资料确定所需的直线参数。为便于测量，最好把现场测量坐标系的x轴和y轴分布定位在标线相互两个垂直的边缘上。

3.根据权利要求1所述的基于标线参数的交通事故现场二维测量及俯视校正方法，其特征在于，所述的步骤(3)，具体是指：通过鼠标在照片上拾取标线直线的点，然后通过两点法或最小二乘法计算出图像像素坐标系下，照片上的标线直线参数；也可以通过边缘检测、直线段提取等方法获取照片上的标线直线参数。

4.根据权利要求1所述的基于标线参数的交通事故现场二维测量及俯视校正方法，其特征在于，所述的步骤(4)，具体实现如下：

对空间坐标系内的点(X，Y，Z)，其对应的图像坐标系象素坐标为(x，y)，则根据照相机线性成像模型，它们的关系可写为

现场平面的直线AX+BY+C＝0及其在摄影图像上的投影ax+by+c＝0，有

根据上式，如果已知道路空间四条直线的参数坐标，则可以标定出道路平面和图像平面之间的变换关系。

标定直线需要4条以上，要求共面，且不能均是相互平行的直线。如果是两组相互垂直的直线，则平行的每组直线至少需要两条。

5.根据权利要求1所述的基于标线参数的交通事故现场二维测量及俯视校正方法，其特征在于，所述的步骤(7)和(8)，具体是指：通过鼠标在照片上圈定感兴趣的多边形区域，通过公式(1)计算所有感兴趣区域内的点在实际现场坐标系下的坐标，并把对应的(R，G，B)色彩值(或灰度值)映射到相应的点上，在此基础上，根据计算结果，经过平移、缩放等处理，生成比例校正图。

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