CN104677341A - 一种单目摄像头轮胎痕迹测量方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种单目摄像头轮胎地面痕迹测量方法和系统，该系统包含带有CCD摄像头的便携式设备（可以为触屏手机或者平板电脑）和内嵌的软件，使用者通过摄像头获取一张带有事故现场轮胎痕迹和其他待测目标的图像，并且通过触屏选取道路基线和轮胎痕迹，便可以实现轮胎地面痕迹的快速计算。根据本发明，可以解决交警在处理交通事故中繁琐的手动测量和复杂的计算问题，投资费用少，检测方便、计算结果直观、准确，保证了测量的精度，且操作更加方便。

Description

一种单目摄像头轮胎痕迹测量方法和系统
技术领域
本发明属于车辆轮胎痕迹测试技术领域，尤其涉及一种单目摄像头轮胎痕迹测量方法和系统。
背景技术
近年来交通事故总量和所造成的人员伤亡与财产损失呈上升趋势。重现交通事故的发生过程，对事故成因分析和快速、公正的裁定事故责任具有重要意义。事故发生后，在事故现场留下一些事故信息，事故再现就是通过分析这些信息判断事故时如何发生的。轮胎痕迹是事故现场最重要的事故分析依据，因此分析轮胎痕迹就成为事故处理最常用手段。在传统的事故处理中，交警通常利用皮尺直接测量轮胎痕迹，然后利用痕迹长度估算汽车速度，此方法比较简单，但精度较低。
目前，在现有技术中，采取摄像测量方法进行轮胎痕迹的测试，得到轮胎痕迹的图像特征；采用多通道采集仪采集测量姿态参数（如速度、加速度、横摆角、侧倾角、俯仰角等）获得车辆参数信息。现有技术只能单独获得实验过程轮胎痕迹的图像特征或车辆姿态参数，但无法获得车辆运动过程中轮胎痕迹图像相对应的实时车辆运动姿态参数，既难以将图像参数与姿态参数实时匹配，无法精确量化分析车辆的轮胎痕迹图像帧。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提出一种单目摄像头轮胎痕迹测量方法和系统，其设计合理、智能化程度高、功能完备且使用效果好，实现了轮胎痕迹图像参数与姿态参数实时匹配，实现了车辆轮胎痕迹图像帧的准确量化分析。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种单目摄像头轮胎痕迹测量方法，包括以下步骤：
第一步：CCD摄像机的标定
利用平面棋盘标定物对相机进行标定。用便携式设备上的相机从不同角度拍摄带有标定板的图像，系统自动提取图像中标定板上的角点，同时利用系统中已经设定好的标定板尺寸，计算出相机的内参矩阵。内参矩阵是相机镜头的特征参数，一旦相机标定完成，如果不再变焦，则相机的内参矩阵不再变化；
第二步：外参求解
将标定板放置在交通事故现场的轮胎刹车痕迹附近，用便携式设备上的相机机获取一张事故现场图。通过实际标定板中角点位置和系统自动搜索到图像中角点的位置关系，可以计算出图像与空间的关系矩阵，也就是外参；
第三步：空间点重建
选取图像中的任意点，系统可以自动根据内参和外参重建出点在实际空间中的坐标；
第四步：轮胎路面痕迹测量
进行轮胎路面痕迹测量，首先要确定路基线，通过选取图片中路面基线上的两点并对其进行空间点重建，以确定路基的线方程，设路基线方程为                                                。然后，选取轮胎刹车痕迹上的点，假设选取点A并进行重建后点的坐标为：，可以计算出已知点到路基线的垂直距离为，同时利用互相垂直的线的特征，可以求出Aa（a点为A点投影到路基线上的点）的直线方程，利用Aa直线方程和路基线方程的垂直关系两，可以求出a点的坐标（，）。同样方法，可以求出BCDE的相关参数。并在此基础上，可以求出刹车痕迹ABCDE的长度，ABCDE到路基线的垂直距离Aa、Bb、Cc、Dd、Ee，以及刹车痕迹的投影abcde的长度。
一种单目摄像头轮胎痕迹测量系统，包括用来对相机进行标定的平面棋盘标定物，用来采集实验过程中车辆轮胎痕迹及不同角度拍摄带有标定板图像的便携式设备，还包括角点识别模块、相机标定模块、空间点重建模块、距离测量模块以及轮胎路面痕迹测量模块，其中轮胎路面痕迹包括刹车痕迹长度（具体又分为直线、折线、曲线三种）、刹车痕迹在路基线上的投影长度以及刹车痕迹上特殊点到路基线的垂直距离等部分。
所述的角点识别模块，用于自动提取便携式设备上的摄像头从不同角度拍摄的带有标定板图像的角点。
所述的相机标定模块，用于便携式摄像头采集到的图像，通过角点识别模块，得到图像中标定物角点在图像坐标中的位置，然后通过内外参数求解模块计算出相机的内外参数。
所述的空间点重建模块，用于根据求解到的内外参数求出图像中的点对应的空间点的位置。
所述的距离测量模块及路面痕迹测量模块，在显示的待测轮胎痕迹图像上首先选取路基线上的亮点，确定路基线方程。然后选取轮胎痕迹上的点，可以得到轮胎痕迹间亮点的距离、轮胎痕迹点到基线的垂直距离与轮胎痕迹两点到基线的投影距离。
本发明所达到的有益效果是：本发明主要是针对现有技术难以将轮胎痕迹图像参数与姿态参数实时匹配，无法准确量化分析车辆的轮胎痕迹图像帧的不足提出的，采用模块化。集成化的设计思想，不仅结构简单、设计合理且使用操作简便。
智能化程度高，本发明通过便携式设备的CCD相机获取一张图像，利用便携式系统内嵌的软件，在图像中的路基线和拖压印上的点，系统自动计算出拖压印长度，目标点到基线的垂直距离，痕迹的投影距离，从而能达到快速精确且操作简单的目的。从而为交警对事故现场进行测量提供可靠的依据。
功能完备且使用效果好，采用该发明的在车辆轮胎痕迹测量时，既能连续采集车辆运动过程中的轮胎痕迹图像信息，又能同时连续采集得到与轮胎痕迹图像相对应的实时车辆运动姿态参数，能够有效的实现轮胎痕迹图像参数与姿态参数的实时匹配，实现车辆轮胎痕迹图像帧的准确量化分析。
综上所述，本发明结构简单、设计合理、功能完备、智能化程度高且使用效果好，使用操作简便，既能获得车辆运动过程中的轮胎痕迹图像，又能获得与轮胎痕迹图像相对应的实时车辆运动姿态参数，实现了车辆轮胎痕迹图像帧的准确量化分析，可广泛应用于汽车轮胎痕迹测量与相关研究中。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1是本发明轮胎地面痕迹相关数据测量模型；
图2是本发明交通事故模拟现场图；
图3是本发明拍摄模拟现场图；
图4是本发明实际测量图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，下面将结合实施利和附图对本发明作进一步详述，对本发明进行详细说明如后。
参见图1 所示为测量模型，需要测量的量有直线刹车痕迹AB长度、曲线刹车痕迹CDE的长度、以及A、B、C、D、E五点到路面基线abcde的垂直距离。
参见图2所示，在测量现场摆放标定物，标定物的摆放位置最好离目标比较近，且图片中标定物最好清晰，以便准确检测到角点。
参见图3所示，为便携式设备在测量现场拍摄的一张图像，其中包含有棋盘标定物。
参见图4所示，得到一张图像后，首先要获取路基线，在图像上点取路基线上两点（x，y），对此两点进行空间重建后便可以求取基准线的直线方程。然后选取轮胎痕迹上的点，选取点后系统会自动根据选取的点计算出轮胎痕迹到路基线的垂直距离和投影点，选取多个轮胎痕迹上的点后同时还会自动计算出投影距离。对于曲拖压印，只要在触摸屏上画出曲线，同样原理可以计算出投影距离。
综合上述获得的距离即可计算出轮胎地面痕迹相关参数。
尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种单目摄像头轮胎痕迹测量方法，包含下述步骤：
第一步：CCD摄像机的标定，利用平面棋盘标定物对相机进行标定：
用便携式设备上的相机从不同角度拍摄带有标定板的图像，系统自动提取图像中标定板上的角点，同时利用系统中已经设定好的标定板尺寸，计算出相机的内参矩阵；内参矩阵是相机镜头的特征参数，一旦相机标定完成，如果不再变焦，则相机的内参矩阵不再变化；
第二步：外参求解
将标定板放置在交通事故现场的轮胎刹车痕迹附近，用便携式设备上的相机获取一张事故现场图，通过实际标定板中角点位置和系统自动搜索到图像中角点的位置关系，可以计算出图像与空间的关系矩阵，也就是外参；
第三步：空间点重建
选取图像中的任意点，系统可以自动根据内参和外参重建出点在实际空间中的坐标；
第四步：轮胎路面痕迹测量
进行轮胎路面痕迹测量，确定路基线，通过选取图片中路面基线上的两点并对其进行空间点重建，以确定路基的线方程，设路基线方程为                                                ；然后，选取轮胎刹车痕迹上的点，假设选取点A并进行重建后点的坐标为：，可以计算出已知点到路基线的垂直距离为，同时利用互相垂直的线的特征，可以求出Aa（a点为A点投影到路基线上的点）的直线方程，利用Aa直线方程和路基线方程的垂直关系两，可以求出a点的坐标（，）；同样方法，可以求出BCDE的相关参数，并在此基础上，可以求出刹车痕迹ABCDE的长度，ABCDE到路基线的垂直距离Aa、Bb、Cc、Dd、Ee，以及刹车痕迹的投影abcde的长度。
2.根据权利要求1所述的一种单目摄像头轮胎痕迹测量方法，其特征在于，步骤一所述的CCD摄像头为便携式设备上的相机，通过不同角度拍摄带有标定板的图像。
3.一种单目摄像头轮胎痕迹测量系统，其特征在于，包括用来对相机进行标定的平面棋盘标定物，用来采集实验过程中车辆轮胎痕迹及不同角度拍摄带有标定板图像的便携式设备，还包括角点识别模块、相机标定模块、空间点重建模块、距离测量模块以及轮胎路面痕迹测量模块，其中轮胎路面痕迹包括刹车痕迹长度（具体又分为直线、折线、曲线三种）、刹车痕迹在路基线上的投影长度以及刹车痕迹上特殊点到路基线的垂直距离等部分。
4.根据权利要求3所述的一种单目摄像头轮胎痕迹测量系统，其特征在于，所述的角点识别模块，用于自动提取便携式设备上的摄像头从不同角度拍摄的带有标定板图像的角点。
5.根据权利要求3所述的一种单目摄像头轮胎痕迹测量系统，其特征在于，所述的相机标定模块，用于便携式摄像头采集到的图像，通过角点识别模块，得到图像中标定物角点在图像坐标中的位置，然后通过内外参数求解模块计算出相机的内外参数。
6.根据权利要求3所述的一种单目摄像头轮胎痕迹测量系统，其特征在于，所述的空间点重建模块，用于根据求解到的内外参数求出图像中的点对应的空间点的位置。
7.根据权利要求3所述的一种单目摄像头轮胎痕迹测量系统，其特征在于，所述的距离测量模块及路面痕迹测量模块，在显示的待测轮胎痕迹图像上首先选取路基线上的亮点，确定路基线方程，然后选取轮胎痕迹上的点，可以得到轮胎痕迹间亮点的距离、轮胎痕迹点到基线的垂直距离与轮胎痕迹两点到基线的投影距离。
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