CN104501928B - 基于车牌照的车辆精确定位的汽车衡称重方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于车牌照的车辆精确定位的汽车衡称重方法及系统，该方法包括：获取第一摄像机的前车牌照图像，并获取第二摄像机在相同时刻的后车牌照图像；分别以前车牌照和后车牌照图像作为待处理车牌照图像，根据图像与道路坐标系转换关系和已知的标准车牌照实际宽度和高度，确定待处理车牌照图像中车牌照上沿中心点的铅垂线与道路平面的交点的道路坐标，从而确定上沿中心点在道路平面上的道路坐标；根据前、后车牌照图像中车牌照上沿中心点在道路平面上的前、后道路坐标确定车辆的位置，以基于该车辆位置对车辆进行汽车衡称重控制。基于对车牌照图像的定位能够实现车辆在称重区域的精确定位，保证对车辆称重的准确控制及称重结果的准确可靠。

Description

基于车牌照的车辆精确定位的汽车衡称重方法及系统

技术领域

本发明属于汽车衡技术领域，尤其是涉及一种基于车牌照的车辆精确定位的汽车衡称重方法及系统。

背景技术

汽车衡称重在我国贸易结算中获得了广泛的应用。

影响汽车衡称重准确性的因素除汽车衡的使用环境外，还有驾驶员在汽车衡称重过程中实施的主观干扰。汽车驾驶员干扰汽车衡称重准确性的主要方式是不按照汽车衡的称重要求将车辆停在称重台面的指定位置上，如车辆不完全上衡(如车轮压边、车轮靠边等)和前(后)面车辆非法上衡等方式影响称重精度。因此，实现车辆位置检测对汽车衡的准确称量具有重要的现实意义。

目前，常用的车辆位置检测设备为车辆分离器，多采用红外线方式，由红外线发射器和红外线接受器组成。当车辆没有完全驶入称重台面时，车辆的前端或后端将遮挡远红外线，使红外接收器接收不到红外线信号。这时，车辆分离器不给称重控制器发出“允许”称重信号，汽车衡不能进行称重，工作人员也无法进行录入数据打印报表等工作。只有当车辆完全驶入称重台面后，车辆分离器发出“允许”称重信号，汽车衡才能进行称重。从而，能够避免因车辆没有完全驶入称重台面而造成的称重误差大的现象，提高了称重数据的准确性。

但是，上述采用红外线进行称重车辆的定位的方式，会受到周围环境以及温度等影响，使得位置检测结果不够准确。比如，如果红外接收器是对着玻璃门窗，那就会面临两种干扰：①环境干扰，玻璃门窗外的人群及车辆的流动都会影响到红外接收器对车辆位置信号的误判；②白光干扰，红外接收器对白光有很强的抑制功能，会造成红外接收器灵敏度降低—误报。再比如，周围气温的冷热变化引起红外接收器的误报。而这些都将导致车辆位置定位结果的不准确，从而最终将导致车辆称重结果的不准确、不可靠。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提出了一种基于车牌照的车辆精确定位的汽车衡称重方法及系统，用以克服现有汽车衡称重系统中车辆定位容易受环境的影响，导致汽车衡称重结果不准确的缺陷。

本发明提供了一种基于车牌照的车辆精确定位的汽车衡称重方法，包括：

获取第一摄像机发送的第一图像中的前车牌照图像，并获取第二摄像机发送的第二图像中的后车牌照图像，其中，所述第一摄像机位于汽车衡出口端预设距离处，所述第二摄像机位于汽车衡入口端预设距离处，分别用于在所述车辆进入称重区域后对所述车辆进行所述第一图像和所述第二图像的采集，其中，所述第一图像和所述第二图像为同一时间采集得到的图像；

分别以所述前车牌照图像和所述后车牌照图像作为待处理车牌照图像，根据预先建立的摄像机图像平面与道路平面的坐标系转换关系，确定所述待处理车牌照图像中车牌照上沿中心点C的铅垂线CD与道路平面的交点D的道路坐标(x_D,y_D,0)，以及根据所述坐标系转换关系，确定所述车牌照上沿中心点C和所述交点D间的高度H；

根据所述交点D的道路坐标和所述高度H，确定所述上沿中心点C在所述道路平面上的道路坐标为(x_D,y_D,H)；

根据前车牌照的上沿中心点在所述道路平面上的道路坐标以及后车牌照的上沿中心点在所述道路平面上的道路坐标，确定所述车辆在所述称重区域的位置；

若所述车辆在所述称重区域的位置满足预设称重位置条件，则对所述车辆用汽车衡进行称重。

本发明提供了一种基于车牌照的车辆精确定位的汽车衡称重系统，包括：

第一摄像机、第二摄像机和汽车衡，所述汽车衡包括称重控制器、称重台面和称重传感器；

所述第一摄像机位于所述称重台面出口端预设距离处，所述第二摄像机位于所述称重台面入口端预设距离处，分别用于在所述车辆进入所述称重台面的称重区域后对所述车辆进行第一图像和第二图像的采集，其中，所述第一图像和所述第二图像为同一时间采集得到的图像；

所述称重控制器包括依次连接的图像识别模块、图像处理模块、位置确定模块和称重控制模块；

所述第一摄像机和所述第二摄像机分别与所述图像识别模块连接，所述称重传感器与所述称重控制模块连接；

所述图像识别模块，用于获取所述第一摄像机发送的所述第一图像中的前车牌照图像，并获取所述第二摄像机发送的所述第二图像中的后车牌照图像；

所述图像处理模块，用于分别以所述前车牌照图像和所述后车牌照图像作为待处理车牌照图像，根据预先建立的摄像机图像平面与道路平面的坐标系转换关系，确定所述待处理车牌照图像中车牌照上沿中心点C的铅垂线CD与道路平面的交点D的道路坐标(x_D,y_D,0)，以及根据所述坐标系转换关系，确定所述车牌照上沿中心点C和所述交点D间的高度H；

所述图像处理模块，还用于根据所述交点D的道路坐标和所述高度H，确定所述上沿中心点C在所述道路平面上的道路坐标为(x_D,y_D,H)；

所述位置确定模块，用于根据前车牌照的上沿中心点在所述道路平面上的道路坐标以及后车牌照的上沿中心点在所述道路平面上的道路坐标，确定所述车辆在所述称重区域的位置；

所述称重控制模块，用于若所述位置确定模块确定所述车辆在所述称重区域的位置满足预设称重位置条件，则控制所述称重传感器对所述车辆进行称重。

本发明提供的基于车牌照的车辆精确定位的汽车衡称重方法及系统，通过设置在汽车衡称重台面入口和出口两端的两台摄像机对待称重车辆的前、后悬挂的车牌照进行同一时间的图像采集，在称重控制器识别出图像中的车牌照图像后，进行基于预设图像平面与道路平面的坐标转换关系，对二维的图像平面上车牌照上沿中心点进行三维道路平面中对应的道路坐标的确定过程，从而，在分别得到前后两个车牌照的上沿中心点在道路平面上的道路坐标后，能够根据该两个中心点的道路坐标确定车辆在称重区域的实际位置，比如车辆相对于汽车衡称重台面的左、右、前、后位置，从而基于对车牌照图像的分析能够实现车辆在称重区域的精确定位，从而能够保证对车辆称重的准确控制，保证称重结果的准确可靠。

附图说明

图1为本发明基于车辆车牌照定位的汽车衡称重方法实施例一的流程图；

图2为图像平面与道路平面的转换关系示意图；

图3为窗口伸缩方法的原理示意图；

图4为本发明基于车辆车牌照定位的汽车衡称重方法实施例二的流程图；

图5为本发明基于车辆车牌照定位的汽车衡称重系统实施例一的结构示意图；

图6为本发明基于车辆车牌照定位的汽车衡称重系统实施例二的结构示意图。

具体实施方式

图1为本发明基于车辆车牌照定位的汽车衡称重方法实施例一的流程图，如图1所示，该方法由汽车衡称重控制器来执行，具体地，该方法包括如下步骤：

步骤101、获取第一摄像机发送的第一图像中的前车牌照图像，并获取第二摄像机发送的第二图像中的后车牌照图像；

其中，所述第一摄像机位于汽车衡出口端预设距离处，所述第二摄像机位于汽车衡的入口端预设距离处，分别用于在所述车辆进入称重区域后对所述车辆进行所述第一图像和所述第二图像的采集，其中，所述第一图像和所述第二图像为同一时间采集得到的图像。

本实施例中，在汽车衡的两端一定距离处，分别设置有摄像机，这两个摄像机用于对其相面对的车辆的前/后侧的图像进行在同一时间点的同时采集，其中，采集到的图像中包含有车辆的前/后车牌照的图像。从而，当这两个摄像机将采集到的车辆的图像分别发送给称重控制器后，称重控制器可以采用现有技术中多种图像识别方法，从中识别出车牌照图像。

值得说明的是，第一摄像机和第二摄像机的安放位置虽然是在汽车衡的两侧，但是可以理解的是，其安放位置不能阻挡住车辆的通行。例如可以安放于一个L型杆上或者龙门杆上。具体安放位置不做具体限定，只需保证采集到的前/后车牌照正对其显示即可。

步骤102、分别以所述前车牌照图像和所述后车牌照图像作为待处理车牌照图像，根据预先建立的摄像机图像平面与道路平面的坐标系转换关系，确定所述待处理车牌照图像中车牌照上沿中心点C的铅垂线CD与道路平面的交点D的道路坐标(x_D,y_D,0)，以及根据所述坐标系转换关系，确定所述车牌照上沿中心点C和所述交点D间的高度H；

步骤103、根据所述交点D的道路坐标和所述高度H，确定所述上沿中心点C在所述道路平面上的道路坐标为(x_D,y_D,H)；

本实施例中，为了实现车辆在称重区域的实际位置的精确定位，采用了基于车牌照图像分析的策略来进行车辆实际位置的定位。

本实施例中仅以对前车牌照图像的分析为例，对后牌照图像的分析与之类似，不重复说明。

具体来说，对于前车牌照图像，由于图像平面中的像素点的坐标为二维坐标，而车牌照在道路平面上的实际位置为三维坐标，不能直接由二维坐标得到对应的三维坐标，因此，本实施例中对于前车牌照图像中车牌照上沿中心点C在道路平面上的道路坐标的确定分为两个主要过程：其一是首先确定该中心点C的铅垂线与道路平面的交点D的道路坐标，此时，交点D的道路坐标中的z方向坐标为0，即D点的道路坐标为(x_D,y_D,0)；其二是确定该中心点C与交点D间的高度H，从而中心点C在道路平面上的道路坐标为(x_D,y_D,H)。而在这两个过程中，需要通过图像平面与道路平面之间的坐标转换关系来实现图像坐标到道路坐标的转换，详细的坐标转换关系将在下面详细阐述。

步骤104、根据前车牌照的上沿中心点在所述道路平面上的道路坐标以及后车牌照的上沿中心点在所述道路平面上的道路坐标，确定所述车辆在所述称重区域的位置；

步骤105、若所述车辆在所述称重区域的位置满足预设称重位置条件，则对所述车辆用汽车衡进行称重。

本实施例中，在分别得到前、后车牌照的上沿中心点在道路平面上的道路坐标后，便可确定车辆在称重区域的实际位置。

具体来说，绝大多数实际情况中，车辆的车牌照悬挂于车辆的中轴线上，因此，这两个中心点相当于在车辆的中轴线上，在称重区域为以预先画定的中心线为对称轴的对称区域的前提下，可以通过这两个中心点的道路坐标，确定车辆的前部和后部相对于画定的中心线的左右偏差，如果偏差较大，则说明很有可能车辆压边了，没有完全在称重台面上。另一方面，通过计算两个中心点道路坐标平行于车道线的距离，可以获知车辆的车长，并且，根据其中一个中心点的道路坐标，即可获知该中心点对应的车头/车尾所在的位置，从而，在车头/车尾所在的位置、以及车长确定的前提下，根据称重台面的长度，即可获知车辆是否完全在称重台面上。从而，只有在车辆的实际位置满足预设称重位置条件，即满足车辆完全在称重台面上的条件时，称重控制器才确认汽车衡对车辆称重数据有效，从而得到准确的称重结果。以下对确定前车牌照图像中前车牌照上沿中心点在道路平面上的道路坐标的过程进行详细描述。

首先，先介绍本实施例中所采用的图像平面与道路平面的转换关系，如图2所示，图2为图像平面与道路平面的转换关系示意图。设路面是平坦的，道路平面上的某一点在世界坐标系、摄像机坐标系和图像坐标系下的坐标分别表示为(x,y,z)，(x^c,y^c,z^c)和(u,v)。

摄像机坐标系原点的铅垂线与道路平面相交于o点，设该点为摄像机世界坐标系的原点，定义道路平面为摄像机世界坐标系的xoy平面。在图2中，摄像机世界坐标系的x方向平行于车道线方向，y方向垂直于车道线方向，z方向垂直于道路平面向上，形成右手直角坐标系。通过约束条件来求得单目摄像机中图像上任意点(u,v)与道路平面的世界坐标系上点(x,y,z)的对应关系。

设 $A=\left[\begin{array}{ccc}{f}_u& 0& u_0\\ 0& f_v& v_0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]$ 为摄像机内部参数矩阵，R和T为摄像机外部参数，其中， $R=\left[\begin{array}{ccc}{r}_{11}& r_{12}& r_{13}\\ r_{21}& r_{22}& r_{23}\\ r_{31}& r_{32}& r_{33}\end{array}\right]$ 为旋转矩阵， $T=\left[\begin{array}{c}{t}_x\\ t_y\\ t_z\end{array}\right]$ 为平移向量，其中：f_u和f_v为摄像机焦距，u₀和v₀为图像平面的中心坐标即原点，r₁₁...r₃₃为R的分量。根据如下针孔成像模型，存在如下关系：

$\left[\begin{array}{c}u-u_0\\ v-v_0\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{f}_u\frac{x^c}{z^c}\\ -f_v\frac{y^c}{z^c}\end{array}\right],\left[\begin{array}{c}{x}^c\\ y^c\\ z^c\end{array}\right]=R(\left[\begin{array}{c}x\\ y\\ z\end{array}\right]-T)$

图2中，图像平面上p点(u_p,v_p)反投影到摄像机坐标系，并与道路平面相交于P点(x_P,y_P,z_P)，则z_P＝0。根据上述关系式消去x^c和y^c，则已知图像平面上p点坐标，求道路平面上对应的P点的坐标方程为：

$z^c\left[\begin{array}{c}\frac{u_p-u_0}{f_u}\\ -\frac{v_p-v_0}{f_v}\\ 1\end{array}\right]=R(\left[\begin{array}{c}{x}_P\\ y_P\\ 0\end{array}\right]-T)$

整理上式得如下坐标系转换公式(1)，从而可以求解出P点坐标的x_P和y_P。

$\left[\begin{array}{ccc}{r}_{11}& r_{12}& -\frac{u_p-u_0}{f_u}\\ r_{21}& r_{22}& \frac{v_p-v_0}{f_v}\\ r_{31}& r_{32}& -1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{x}_P\\ y_P\\ z^c\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{r}_{11}& r_{12}& r_{13}\\ r_{21}& r_{22}& r_{23}\\ r_{31}& r_{32}& r_{33}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{t}_x\\ t_y\\ t_z\end{array}\right]---\left(1\right)$

进而，设道路平面上方Q点(x_Q,y_Q,z_Q)的铅垂线与道路平面相交于上述P点，则x_Q＝x_P，y_Q＝y_P，设Q点对应于图像平面上的q点(u_q,v_q)，如图2所示。根据上述坐标系转换公式(1)消去x^c和y^c，已知图像平面上的p和q点，求道路平面上Q点相对于P点的高度方程为：

$z^c\left[\begin{array}{c}\frac{u_p-u_0}{f_u}\\ -\frac{v_p-v_0}{f_v}\\ 1\end{array}\right]=R(\left[\begin{array}{c}{x}_P\\ y_P\\ z_Q\end{array}\right]-T)$

整理上式高度方程得如下坐标系转换公式(2)，同时根据公式(1)，可以求解出道路平面上Q点坐标的z_Q。

$\left[\begin{array}{cc}{-r}_{13}& \frac{u_q-u_0}{f_u}\\ -r_{23}& -\frac{v_q-v_0}{f_v}\\ -r_{33}& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{z}_Q-t_z\\ z^c\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{r}_{11}& r_{12}\\ r_{21}& r_{22}\\ r_{31}& r_{32}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{x}_P-t_x\\ y_P-t_y\end{array}\right]---\left(2\right)$

基于上述的摄像机图像平面与道路平面的坐标系转换关系，实现确定前车牌照图像中前车牌照上沿中心点C在道路平面上的道路坐标的过程具体如下，本实施例仅以前车牌照为例进行说明，同样的方式适用于后车牌照的情况，不重复说明。

首先，简要说明下本实施例基于车牌照上沿中心点C在道路平面上的道路坐标的确定，实现车辆精确定位的基本原理。

根据车牌照图像的分析，计算得到车牌照的宽度和高度，并结合车牌照标准宽度和高度的约束条件，以及车牌照平面与道路平面垂直的约束条件，建立车牌照模型。通过计算车牌照上沿中心点的铅垂线与道路平面相交点的道路坐标，以此交点的道路坐标为基础，得到车牌照的上沿中心点在道路平面上的道路坐标，从而实现通过车牌照位置坐标，实现对车辆的精确定位。

具体来说，如图3所示，设车牌照平面与道路平面垂直，令AB为车牌照平面与道路平面的相交线，并且平行于车牌照上沿横向水平线。设车牌照垂直投影到AB线上为MN线段，因此，车牌照上沿中心点C的铅垂线CD到道路平面相交点D也在MN线段上。本实施例中采用伸缩窗口方法来估计D点的道路坐标，从而获取C点在道路平面上的实际位置，实现对车辆的精确定位。值得说明的是，实际操作时，需固定伸缩窗口的顶端在车牌照上沿的横向水平线上，自由伸缩该窗口的底端。伸缩窗口底端的过程主要是为了确定车牌照平面与道路平面的真实交线位置，所谓真实交线位置，可以理解为是当底端在真实交线上时，此时计算得到的车牌照的高度和宽度满足伸缩截止条件的要求，即满足车牌照模型的要求。

具体地，固定伸缩窗口的顶端在车牌照上沿的横向水平线上，伸缩所述伸缩窗口的底端，假设底端为线段MN，确定所述伸缩窗口的底端两个端点M和N的当前图像坐标分别为(u_M,v_M)和(u_N,v_N)。此时，根据上述坐标系转换公式(1)可以分别得到这两个端点M和N的当前图像坐标(u_M,v_M)和(u_N,v_N)在道路平面上对应的道路坐标(x_M,y_M，0)和(x_N,y_N,0)，得到M和N点之间的距离为也称为车牌照自身的宽度。

进而，由于上述交点D为线段MN的中点，因此，D点的道路坐标为(x_D,y_D,0)＝((x_M+x_N)/2,(y_M+y_N)/2,0)，通过坐标系转换公式(2)可以计算得到车牌照上沿中心点C的铅垂线与交点D之间的高度H，也就是车牌照上沿中心点离地面的高度(简称：车牌照安装高度)。同样，通过公式(2)也可以计算得到车牌照下沿中心点E的铅垂线和交点D点之间的高度为H'，也就是车牌照下沿中心点离地面的高度，从而获取E点的道路坐标(x_E,y_E,z_E)＝(x_D,y_D,H')。因此，车牌照自身的高度为h＝H-H'。值得说明的是，该处可以计算得到车牌照下沿中心点离地面的高度，从而能够得到车牌照的高度，该高度可以用于另外的实施例中，本实施例不做说明。

之后，根据预先设置的如下伸缩截止条件，确定此时计算得到的w和H是否满足条件：

min f(u,v)＝(1-a)(|w-w₀|/w₀)+a(|H-H₀|/H₀)

s.t.车牌照自身的宽度：w∈[42cm,46cm]

前车牌照安装高度：H∈[42cm,62cm]

后车牌照安装高度：H∈[68cm,108cm]

其中，(u,v)指代伸缩窗口的底端两个端点M和N的图像坐标变量；w₀为车牌照标准宽度；a为车牌照安装高度所述H所对应的分布密度值；H₀为车牌照安装高度的分布密度中，最大分布密度点所对应的车牌照安装高度。该车牌照安装高度的分布密度函数可以预先根据经验统计得到。

实际上，机动车号牌外廓尺寸按照GA36-2007标准要求制作：中型及以下汽车前后车牌照、大型汽车前车牌照的外廓尺寸为44cm*14cm，大型汽车后车牌照、挂车牌照的外廓尺寸为44cm*22cm。因此，参照该标准确定了上述宽度和高度的判断区间。

值得说明的是，上述伸缩截止条件中，如果当前处理的是前车牌照图像，则以前车牌照安装高度作为H的判断参考，如果当前处理的是后车牌照图像，则以后车牌照安装高度作为H的判断参考。

若满足，则确定所述交点D的道路坐标(x_D,y_D,0)为：(x_D,y_D,0)＝((x_M+x_N)/2,(y_M+y_N)/2,0)，并确定车牌照上沿中心点C在道路平面上的道路坐标为(x_C,y_C,z_C)＝(x_D,y_D,H)。

值得说明的是，如果在伸缩窗口的底端当前所在的位置处计算得到的上述w和H不满足上述伸缩截止条件，则需继续伸缩该窗口的底端，直到找到满足上述伸缩截止条件的MN线段的位置为止。

本实施例中，通过设置在汽车衡两端的两个摄像机对待称重车辆的前、后侧挂的车牌照进行同一时间的图像采集，在称重控制器识别出图像中的车牌照图像后，进行基于预设图像平面与道路平面的坐标转换关系，对二维的图像平面上车牌照上沿中心点进行三维道路平面中对应的道路坐标的确定过程，从而，在分别得到前后两个车牌照的上沿中心点在道路平面上的道路坐标后，能够根据该两个中心点的道路坐标确定车辆在称重区域的实际位置，比如车辆相对于汽车衡称重台面的左、右、前、后位置，从而基于对车牌照图像的分析能够实现车辆在称重区域的精确定位，从而能够保证对车辆称重的准确控制，保证称重结果的准确可靠。

图4为本发明基于车辆车牌照定位的汽车衡称重方法实施例二的流程图，如图4所示，在图1所示实施例的基础上，在步骤101之前，还可以包括如下步骤：

步骤201、接收车辆感应器发送的拍照触发信号，并根据所述拍照触发信号触发第一摄像机和第二摄像机在同一时间分别采集所述车辆的第一图像和第二图像，其中，所述拍照触发信号是所述车辆感应器检测到车辆进入到称重区域时发送的。

本实施例中，在称重区域中设置有车辆感应器，该车辆感应器可以是磁感应线圈，其能够在车辆驶入称重区域时检测到该车辆，从而向称重控制器发送拍照触发信号，使得称重控制器根据该拍照触发信号触发汽车衡两端的两个摄像机对车辆的图像的同一采集时间采集。

进一步地，在步骤101之后，还可以包括如下步骤：

步骤202、识别所述前车牌照图像中的前车牌照号码和所述后车牌照图像中的后车牌照号码；

步骤203、确定所述前车牌照号码和所述后车牌照号码是否相同，若不同，则发出报警；若相同，则执行步骤102。

本实施例中，通过对前后车牌照号码的一致性判断，能够有效防止遮挡车牌照或者套牌。

另外，本实施例中，为了有效防止其他利益相关人对车辆称重的干扰，可以令第一摄像机和第二摄像机连续拍摄汽车衡周围的视频图像。因此，本实施例中还可以包括如下过程：

称重控制器接收并存储第一摄像机发送的第一视频图像，以及第二摄像机发送的第二视频图像，以根据所述第一视频图像和所述第二视频图像对所述车辆的汽车衡称重过程进行监控。

实际上，当车辆感应器检测到车辆进入称重区域后，即同时触发第一摄像机和第二摄像机连续拍照的过程，从而得到第一视频图像和第二视频图像。可以理解的是，基于此，上述第一图像和第二图像可以分别是第一视频图像和第二视频图像中对应相同时间点的一帧。只有当称重控制器在第一视频图像和第二视频图像的多帧对应图像中，确定满足上述预设称重位置条件的图像帧时，才控制对车辆进行称重。

图5为本发明基于车辆车牌照定位的汽车衡称重系统实施例一的结构示意图，如图5所示，该系统包括：

第一摄像机1、第二摄像机2和汽车衡3，所述汽车衡3包括称重控制器31、称重台面32和称重传感器33；

所述第一摄像机1位于所述称重台面32出口端预设距离处，所述第二摄像机2位于所述称重台面32入口端预设距离处，分别用于在所述车辆进入所述称重台面32的称重区域后对所述车辆进行第一图像和第二图像的采集，其中，所述第一图像和所述第二图像为同一时间采集得到的图像；

所述称重控制器31包括依次连接的图像识别模块311、图像处理模块312、位置确定模块313和称重控制模块314；

所述第一摄像机1和所述第二摄像机2分别与所述图像识别模块311连接，所述称重传感器33与所述称重控制模块314连接；

所述图像识别模块311，用于获取所述第一摄像机1发送的所述第一图像中的前车牌照图像，并获取所述第二摄像机2发送的所述第二图像中的后车牌照图像；

所述图像处理模块312，用于分别以所述前车牌照图像和所述后车牌照图像作为待处理车牌照图像，根据预先建立的摄像机图像平面与道路平面的坐标系转换关系，确定所述待处理车牌照图像中车牌照上沿中心点C的铅垂线CD与道路平面的交点D的道路坐标(x_D,y_D,0)，以及根据所述坐标系转换关系，确定所述车牌照上沿中心点C和所述交点D间的高度H；

所述图像处理模块312，还用于根据所述交点D的道路坐标和所述高度H，确定所述上沿中心点C在所述道路平面上的道路坐标为(x_D,y_D,H)；

所述位置确定模块313，用于根据前车牌照的上沿中心点在所述道路平面上的道路坐标以及后车牌照的上沿中心点在所述道路平面上的道路坐标，确定所述车辆在所述称重区域的位置；

所述称重控制模块314，用于若所述位置确定模块313确定所述车辆在所述称重区域的位置满足预设称重位置条件，则控制所述称重传感器33对所述车辆进行称重。

具体地，所述图像处理模块312，具体用于：

采用伸缩窗口方法，固定伸缩窗口的顶端在所述待处理车牌照图像中车牌照上沿的横向水平线上，伸缩所述伸缩窗口的底端，确定所述伸缩窗口的底端两个端点M和N的当前图像坐标(u_M,v_M)和(u_N,v_N)；

根据所述坐标系转换关系，分别确定所述两个端点M和N的当前图像坐标(u_M,v_M)和(u_N,v_N)在所述道路平面上对应的道路坐标(x_M,y_M，0)和(x_N,y_N,0)；

根据所述道路坐标(x_M,y_M，0)和(x_N,y_N,0)，确定所述车牌照自身的宽度w为：并且，确定所述交点D的道路坐标(x_D,y_D,0)为：(x_D,y_D,0)＝((x_M+x_N)/2,(y_M+y_N)/2,0)；

根据所述坐标系转换关系，确定所述待处理车牌照图像中车牌照上沿中心点C和所述交点D间的高度H；

确定所述w和所述H是否满足预设伸缩截止条件，所述预设伸缩截止条件为：

min f(u,v)＝(1-a)(|w-w₀|/w₀)+a(|H-H₀|/H₀)

s.t.车牌照自身的宽度：w∈[42cm,46cm]

前车牌照安装高度：H∈[42cm,62cm]

后车牌照安装高度：H∈[68cm,108cm]

若满足，则确定所述待处理车牌照图像中车牌照上沿中心点C在所述道路平面上的道路坐标为(x_D,y_D,H)；

其中，(u,v)指代伸缩窗口的底端两个端点M和N的图像坐标变量；w₀为车牌照标准宽度；a为车牌照安装高度所述H所对应的分布密度值；H₀为车牌照安装高度的分布密度中，最大分布密度点所对应的车牌照安装高度。

进一步地，所述图像处理模块312，还用于：

根据坐标系转换公式(1)，分别确定所述两个端点的当前图像坐标(u_M,v_M)和(u_N,v_N)在所述道路平面上对应的道路坐标(x_M,y_M，0)和(x_N,y_N,0)：

$\left[\begin{array}{ccc}{r}_{11}& r_{12}& -\frac{u_p-u_0}{f_u}\\ r_{21}& r_{22}& \frac{v_p-v_0}{f_v}\\ r_{31}& r_{32}& -1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{x}_P\\ y_P\\ z^c\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{r}_{11}& r_{12}& r_{13}\\ r_{21}& r_{22}& r_{23}\\ r_{31}& r_{32}& r_{33}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{t}_x\\ t_y\\ t_z\end{array}\right]---\left(1\right)$

根据坐标系转换公式(2)，确定所述待处理车牌照图像中车牌照上沿中心点C和所述交点D间的高度H：

$\left[\begin{array}{cc}{-r}_{13}& \frac{u_q-u_0}{f_u}\\ -r_{23}& -\frac{v_q-v_0}{f_v}\\ -r_{33}& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{z}_Q-t_z\\ z^c\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{r}_{11}& r_{12}\\ r_{21}& r_{22}\\ r_{31}& r_{32}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{x}_P-t_x\\ y_P-t_y\end{array}\right]---\left(2\right)$

其中，令 $A=\left[\begin{array}{ccc}{f}_u& 0& u_0\\ 0& f_v& v_0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]$ 为摄像机内部参数矩阵，其中，f_u和f_v为摄像机焦距，u₀和v₀为图像平面的原点坐标；令R和T为摄像机外部参数，其中， $R=\left[\begin{array}{ccc}{r}_{11}& r_{12}& r_{13}\\ r_{21}& r_{22}& r_{23}\\ r_{31}& r_{32}& r_{33}\end{array}\right]$ 为旋转矩阵， $T=\left[\begin{array}{c}{t}_x\\ t_y\\ t_z\end{array}\right]$ 为平移向量；z^c为摄像机坐标系中的坐标，根据如下针孔成像模型确定：

$\left[\begin{array}{c}u-u_0\\ v-v_0\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{f}_u\frac{x^c}{z^c}\\ -f_v\frac{y^c}{z^c}\end{array}\right],\left[\begin{array}{c}{x}^c\\ y^c\\ z^c\end{array}\right]=R(\left[\begin{array}{c}x\\ y\\ z\end{array}\right]-T)$

其中，(u_p,v_p)为图像平面中的任一点p的图像坐标，(x_p,y_p，0)为p点的图像坐标在道路平面中对应的道路坐标点P；道路平面上方的Q点(x_Q,y_Q,z_Q)的铅垂线与道路平面相交于所述P点，则x_Q＝x_P，y_Q＝y_P，其中，(u_q,v_q)为道路平面上的所述Q点所对应的图像平面上q点的图像坐标。

本实施例的系统可以用于执行图1所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

图6为本发明基于车辆车牌照定位的汽车衡称重系统实施例二的结构示意图，如图6所示，本实施例的所述系统在图5所示实施例的基础上，所述图像识别模块311还用于：

识别所述前车牌照图像中的前车牌照号码和所述后车牌照图像中的后车牌照号码；

所述称重控制器31中还包括：比较模块315和报警器件316；

所述比较模块315，用于确定所述前车牌照号码和所述后车牌照号码是否相同；

所述称重控制模块314，还用于若所述前车牌照号码和所述后车牌照号码不同，则控制所述报警器件316发出报警；

所述称重控制模块314，还用于若所述前车牌照号码和所述后车牌照号码相同，则控制所述图像处理模块312执行所述分别以所述前车牌照图像和所述后车牌照图像作为待处理车牌照图像，根据预先建立的摄像机图像平面与道路平面的坐标系转换关系，确定所述待处理车牌照图像中车牌照上沿中心点C的铅垂线CD与道路平面的交点D的道路坐标(x_D,y_D,0)，以及根据所述坐标系转换关系，确定所述车牌照上沿中心点C和所述交点D间的高度H的步骤。

进一步地，所述称重控制器31中还包括：

存储模块317，用于接收并存储所述第一摄像机1发送的第一视频图像，接收并存储所述第二摄像机2发送的第二视频图像。

本实施例的系统可以用于执行图4所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种基于车牌照的车辆精确定位的汽车衡称重方法，其特征在于，包括：

获取第一摄像机发送的第一图像中的前车牌照图像，并获取第二摄像机发送的第二图像中的后车牌照图像，其中，所述第一摄像机位于汽车衡出口端预设距离处，所述第二摄像机位于汽车衡入口端预设距离处，分别用于在所述车辆进入称重区域后对所述车辆进行所述第一图像和所述第二图像的采集，其中，所述第一图像和所述第二图像为同一时间采集得到的图像；

分别以所述前车牌照图像和所述后车牌照图像作为待处理车牌照图像，根据预先建立的摄像机图像平面与道路平面的坐标系转换关系，确定所述待处理车牌照图像中车牌照上沿中心点C的铅垂线CD与道路平面的交点D的道路坐标(x_D,y_D,0)，以及根据所述坐标系转换关系，确定所述车牌照上沿中心点C和所述交点D间的高度H；

根据所述交点D的道路坐标和所述高度H，确定所述上沿中心点C在所述道路平面上的道路坐标为(x_D,y_D,H)；

根据前车牌照的上沿中心点在所述道路平面上的道路坐标以及后车牌照的上沿中心点在所述道路平面上的道路坐标，确定所述车辆在所述称重区域的位置；

若所述车辆在所述称重区域的位置满足预设称重位置条件，则对所述车辆用汽车衡进行称重。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据预先建立的摄像机图像平面与道路平面的坐标系转换关系，确定所述待处理车牌照图像中车牌照上沿中心点C的铅垂线CD与道路平面的交点D的道路坐标(x_D,y_D,0)，以及根据所述坐标系转换关系，确定所述车牌照上沿中心点C和所述交点D间的高度H，包括：

采用伸缩窗口方法，固定伸缩窗口的顶端在所述待处理车牌照图像中车牌照上沿的横向水平线上，伸缩所述伸缩窗口的底端，确定所述伸缩窗口的底端两个端点M和N的当前图像坐标(u_M,v_M)和(u_N,v_N)；

根据所述坐标系转换关系，分别确定所述两个端点M和N的当前图像坐标(u_M,v_M)和(u_N,v_N)在所述道路平面上对应的道路坐标(x_M,y_M，0)和(x_N,y_N,0)；

根据所述道路坐标(x_M,y_M，0)和(x_N,y_N,0)，确定所述车牌照自身的宽度w为：并且，确定所述交点D的道路坐标(x_D,y_D,0)为：(x_D,y_D,0)＝((x_M+x_N)/2,(y_M+y_N)/2,0)；

根据所述坐标系转换关系，确定所述待处理车牌照图像中车牌照上沿中心点C和所述交点D间的高度H；

确定所述w和所述H是否满足预设伸缩截止条件，所述预设伸缩截止条件为：

min f(u,v)＝(1-a)(|w-w₀|/w₀)+a(|H-H₀|/H₀)

s.t.车牌照自身的宽度：w∈[42cm,46cm]

前车牌照安装高度：H∈[42cm,62cm]

后车牌照安装高度：H∈[68cm,108cm]

若满足，则确定所述待处理车牌照图像中车牌照上沿中心点C在所述道路平面上的道路坐标为(x_D,y_D,H)；

其中，(u,v)指代伸缩窗口的底端两个端点M和N的图像坐标变量；w₀为车牌照标准宽度；a为车牌照安装高度所述H所对应的分布密度值；H₀为车牌照安装高度的分布密度中，最大分布密度点所对应的车牌照安装高度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述坐标系转换关系，分别确定所述两个端点M和N的当前图像坐标(u_M,v_M)和(u_N,v_N)在所述道路平面上对应的道路坐标(x_M,y_M，0)和(x_N,y_N,0)，包括：

根据坐标系转换公式(1)，分别确定所述两个端点M和N的当前图像坐标(u_M,v_M)和(u_N,v_N)在所述道路平面上对应的道路坐标(x_M,y_M，0)和(x_N,y_N,0)：

$\left[\begin{array}{ccc}{r}_{11}& r_{12}& -\frac{u_p-u_0}{f_u}\\ r_{21}& r_{22}& \frac{v_p-v_0}{f_v}\\ r_{31}& r_{32}& -1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{x}_P\\ y_P\\ z^c\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{r}_{11}& r_{12}& r_{13}\\ r_{21}& r_{22}& r_{23}\\ r_{31}& r_{32}& r_{33}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{t}_x\\ t_y\\ t_z\end{array}\right]---\left(1\right)$

所述根据所述坐标系转换关系，确定所述待处理车牌照图像中车牌照上沿中心点C和所述交点D间的高度H，包括：

根据坐标系转换公式(2)，确定所述车牌照上沿中心点C和所述交点D间的高度H：

$\left[\begin{array}{cc}-r_{13}& \frac{u_q-u_0}{f_u}\\ -r_{23}& -\frac{v_q-v_0}{f_v}\\ -r_{33}& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{z}_Q-t_z\\ z^c\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{r}_{11}& r_{12}\\ r_{21}& r_{22}\\ r_{31}& r_{32}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{x}_P-t_x\\ y_P-t_y\end{array}\right]---\left(2\right)$

其中，令为摄像机内部参数矩阵，其中，f_u和f_v为摄像机焦距，u₀和v₀为图像平面的原点坐标；令R和T为摄像机外部参数，其中，为旋转矩阵，为平移向量；z^c为摄像机坐标系中的坐标，根据如下针孔成像模型确定：

$\left[\begin{array}{c}u-u_0\\ v-v_0\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{f}_u\frac{x^c}{z^c}\\ -f_v\frac{y^c}{z^c}\end{array}\right],\left[\begin{array}{c}{x}^c\\ y^c\\ z^c\end{array}\right]=R(\left[\begin{array}{c}x\\ y\\ z\end{array}\right]-T)$

其中，(u_p,v_p)为图像平面中的任一点p的图像坐标，(x_p,y_p，0)为p点的图像坐标在道路平面中对应的道路坐标点P；道路平面上方的Q点(x_Q,y_Q,z_Q)的铅垂线与道路平面相交于所述P点，则x_Q＝x_P，y_Q＝y_P，其中，(u_q,v_q)为道路平面上的所述Q点所对应的图像平面上q点的图像坐标。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述获取第一摄像机发送的第一图像中的前车牌照图像，并获取第二摄像机发送的第二图像中的后车牌照图像之后，还包括：

识别所述前车牌照图像中的前车牌照号码和所述后车牌照图像中的后车牌照号码；

确定所述前车牌照号码和所述后车牌照号码是否相同；

若不同，则发出报警；

若相同，则执行所述分别以所述前车牌照图像和所述后车牌照图像作为待处理车牌照图像，根据预先建立的摄像机图像平面与道路平面的坐标系转换关系，确定所述待处理车牌照图像中车牌照上沿中心点C的铅垂线CD与道路平面的交点D的道路坐标(x_D,y_D,0)，以及根据所述坐标系转换关系，确定所述车牌照上沿中心点C和所述交点D间的高度H的步骤。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：接收并存储所述第一摄像机发送的第一视频图像，接收并存储所述第二摄像机发送的第二视频图像，以根据所述第一视频图像和所述第二视频图像对所述车辆的汽车衡称重过程进行监控。

6.一种基于车牌照的车辆精确定位的汽车衡称重系统，其特征在于，包括：

第一摄像机、第二摄像机和汽车衡，所述汽车衡包括称重控制器、称重台面和称重传感器；

所述第一摄像机位于所述称重台面出口端预设距离处，所述第二摄像机位于所述称重台面入口端预设距离处，分别用于在所述车辆进入所述称重台面的称重区域后对所述车辆进行第一图像和第二图像的采集，其中，所述第一图像和所述第二图像为同一时间采集得到的图像；

所述称重控制器包括依次连接的图像识别模块、图像处理模块、位置确定模块和称重控制模块；

所述第一摄像机和所述第二摄像机分别与所述图像识别模块连接，所述称重传感器与所述称重控制模块连接；

所述图像识别模块，用于获取所述第一摄像机发送的所述第一图像中的前车牌照图像，并获取所述第二摄像机发送的所述第二图像中的后车牌照图像；

所述图像处理模块，用于分别以所述前车牌照图像和所述后车牌照图像作为待处理车牌照图像，根据预先建立的摄像机图像平面与道路平面的坐标系转换关系，确定所述待处理车牌照图像中车牌照上沿中心点C的铅垂线CD与道路平面的交点D的道路坐标(x_D,y_D,0)，以及根据所述坐标系转换关系，确定所述车牌照上沿中心点C和所述交点D间的高度H；

所述图像处理模块，还用于根据所述交点D的道路坐标和所述高度H，确定所述上沿中心点C在所述道路平面上的道路坐标为(x_D,y_D,H)；

所述位置确定模块，用于根据前车牌照的上沿中心点在所述道路平面上的道路坐标以及后车牌照的上沿中心点在所述道路平面上的道路坐标，确定所述车辆在所述称重区域的位置；

所述称重控制模块，用于若所述位置确定模块确定所述车辆在所述称重区域的位置满足预设称重位置条件，则控制所述称重传感器对所述车辆进行称重。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述图像处理模块，具体用于：

采用伸缩窗口方法，固定伸缩窗口的顶端在所述待处理车牌照图像中车牌照上沿的横向水平线上，伸缩所述伸缩窗口的底端，确定所述伸缩窗口的底端两个端点M和N的当前图像坐标(u_M,v_M)和(u_N,v_N)；

根据所述坐标系转换关系，分别确定所述两个端点M和N的当前图像坐标(u_M,v_M)和(u_N,v_N)在所述道路平面上对应的道路坐标(x_M,y_M，0)和(x_N,y_N,0)；

根据所述道路坐标(x_M,y_M，0)和(x_N,y_N,0)，确定所述车牌照自身的宽度w为：并且，确定所述交点D的道路坐标(x_D,y_D,0)为：(x_D,y_D,0)＝((x_M+x_N)/2,(y_M+y_N)/2,0)；

根据所述坐标系转换关系，确定所述待处理车牌照图像中车牌照上沿中心点C和所述交点D间的高度H；

确定所述w和所述H是否满足预设伸缩截止条件，所述预设伸缩截止条件为：

min f(u,v)＝(1-a)(|w-w₀|/w₀)+a(|H-H₀|/H₀)

s.t.车牌照自身的宽度：w∈[42cm,46cm]

前车牌照安装高度：H∈[42cm,62cm]

后车牌照安装高度：H∈[68cm,108cm]

若满足，则确定所述待处理车牌照图像中车牌照上沿中心点C在所述道路平面上的道路坐标为(x_D,y_D,H)；

其中，(u,v)指代伸缩窗口的底端两个端点M和N的图像坐标变量；w₀为车牌照标准宽度；a为车牌照安装高度所述H所对应的分布密度值；H₀为车牌照安装高度的分布密度中，最大分布密度点所对应的车牌照安装高度。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述图像处理模块，还用于：

根据坐标系转换公式(1)，分别确定所述两个端点M和N的当前图像坐标(u_M,v_M)和(u_N,v_N)在所述道路平面上对应的道路坐标(x_M,y_M，0)和(x_N,y_N,0)：

$\left[\begin{array}{ccc}{r}_{11}& r_{12}& -\frac{u_p-u_0}{f_u}\\ r_{21}& r_{22}& \frac{v_p-v_0}{f_v}\\ r_{31}& r_{32}& -1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{x}_p\\ y_p\\ z^c\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{r}_{11}& r_{12}& r_{13}\\ r_{21}& r_{22}& r_{23}\\ r_{31}& r_{32}& r_{33}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{t}_x\\ t_y\\ t_z\end{array}\right]---\left(1\right)$

根据坐标系转换公式(2)，确定所述待处理车牌照图像中车牌照上沿中心点C和所述交点D间的高度H：

$\left[\begin{array}{cc}-r_{13}& \frac{u_q-u_0}{f_u}\\ -r_{23}& -\frac{v_q-v_0}{f_v}\\ -r_{33}& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{z}_Q-t_z\\ z^c\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{r}_{11}& r_{12}\\ r_{21}& r_{22}\\ r_{31}& r_{32}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{x}_P-t_x\\ y_P-t_y\end{array}\right]---\left(2\right)$

其中，令为摄像机内部参数矩阵，其中，f_u和f_v为摄像机焦距，u₀和v₀为图像平面的原点坐标；令R和T为摄像机外部参数，其中，为旋转矩阵，为平移向量；z^c为摄像机坐标系中的坐标，根据如下针孔成像模型确定：

$\left[\begin{array}{c}u-u_0\\ v-v_0\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{f}_u\frac{x^c}{z^c}\\ -f_v\frac{y^c}{z^c}\end{array}\right],\left[\begin{array}{c}{x}^c\\ y^c\\ z^c\end{array}\right]=R(\left[\begin{array}{c}x\\ y\\ z\end{array}\right]-T)$

其中，(u_p,v_p)为图像平面中的任一点p的图像坐标，(x_p,y_p，0)为p点的图像坐标在道路平面中对应的道路坐标点P；道路平面上方的Q点(x_Q,y_Q,z_Q)的铅垂线与道路平面相交于所述P点，则x_Q＝x_P，y_Q＝y_P，其中，(u_q,v_q)为道路平面上的所述Q点所对应的图像平面上q点的图像坐标。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的系统，其特征在于，所述图像识别模块还用于：

识别所述前车牌照图像中的前车牌照号码和所述后车牌照图像中的后车牌照号码；

所述称重控制器中还包括：比较模块和报警器件；

所述比较模块，用于确定所述前车牌照号码和所述后车牌照号码是否相同；

所述称重控制模块，还用于若所述前车牌照号码和所述后车牌照号码不同，则控制所述报警器件发出报警；

所述称重控制模块，还用于若所述前车牌照号码和所述后车牌照号码相同，则控制所述图像处理模块执行所述分别以所述前车牌照图像和所述后车牌照图像作为待处理车牌照图像，根据预先建立的摄像机图像平面与道路平面的坐标系转换关系，确定所述待处理车牌照图像中车牌照上沿中心点C的铅垂线CD与道路平面的交点D的道路坐标(x_D,y_D,0)，以及根据所述坐标系转换关系，确定所述车牌照上沿中心点C和所述交点D间的高度H的步骤。

10.根据权利要求6至8中任一项所述的系统，其特征在于，所述称重控制器中还包括：

存储模块，用于接收并存储所述第一摄像机发送的第一视频图像，接收并存储所述第二摄像机发送的第二视频图像。