CN109242907A - 一种基于照地高速摄像头的车辆定位方法及装置 - Google Patents

一种基于照地高速摄像头的车辆定位方法及装置 Download PDF

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蔡幼波
张盈婷
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Abstract

本发明涉及一种基于照地高速摄像头的车辆定位方法及装置，在车辆上安装照地高速相机，并利用棋盘格标定相机参数；在实际道路上连续采集对地图像数据，根据连续两帧之间的相关性，计算当前帧相对前一帧车辆的旋转角及平移量；并根据前一帧的航向角和经纬度、照地高速相机的参数，推测当前帧车辆的位置。通过本方法能够抗周边障碍物的影响，特别是车辆建筑物较多的场景；能够在没有GNSS信号的情况下精确定位车辆位置，即使在车辆速度很快的情况下也能够精准计算车辆位置。

Description

一种基于照地高速摄像头的车辆定位方法及装置
技术领域
本发明涉及图像处理及定位技术领域，具体涉及一种基于照地高速摄像头的车辆定位方法及装置。
背景技术
对于包括汽车和货车的广义移动机器人来说，推测自己的位置是基本技术。特别是以车辆为对象的自我位置推测使用最多的是使用导航卫星的全球定位卫星系统(GNSS：Global Navigation Satellite System。但是在与卫星通信困难的隧道内和被称为都市峡谷的摩天大楼包围的场所时，几乎没有信号。这样，为了弥补GNSS的缺点，本专利研究使用车辆搭载的传感器信息逐次推测车辆的移动量，推测自己的位置。在Dead reckoning中，广泛使用了附在车轮上的编码器信息进行的Wheel Odometry，但在车轮打滑或者发生空转时，推测精度会明显降低。使用摄像头的称之为Visual Odometry的方法能够有效解决上述系统的健壮性问题。Visual Odometry相关的研究近年非常多，大部分都是根据前方摄像头，以周边环境中不移动的点为基准(特征点)推测自己的位置。但是，被走行中的车辆包围时，视野内大部分被移动物体占据的场合，以及隧道内这种周边能作为特征物体很少的场合，想要高精度地推测自己位置非常困难。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种基于照地高速摄像头的车辆定位方法及装置，使用向下设置的高速摄像头以路面为基准进行自我位置推测。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一方面，本发明提供一种基于照地高速摄像头的车辆定位方法，包括以下步骤：
步骤1，在车辆上安装照地高速相机，并利用棋盘格标定相机参数；
步骤2，在实际道路上连续采集对地图像数据，根据连续两帧之间的相关性，计算当前帧相对前一帧车辆的旋转角及平移量；并根据前一帧的航向角和经纬度、照地高速相机的参数，推测当前帧车辆的位置。
进一步，所述利用棋盘格标定相机参数包括：相机相对车辆的旋转角以及相机拍摄图片每个pixel对应实际的物理距离。
进一步，所述步骤2中，在实际道路上连续采集对地图像数据，根据连续两帧之间的相关性，计算当前帧相对前一帧车辆的旋转角及平移量，包括：
在实际道路上连续采集对地图像数据，判断当前帧图像是否为第一帧，若是，则将车辆初始航向角和经纬度作为获取当前帧图像时车辆的航向角和经纬度；
若当前帧图像不为第一帧，则将前一帧图像作为参考图像，利用旋转不变相位相关算法以及基于频域的相位相关匹配算法计算当前帧图像相对于前一帧图像的旋转角和平移量。
进一步，所述的，利用旋转不变相位相关算法以及基于频域的相位相关匹配算法计算当前帧图像相对于前一帧图像的旋转角和平移量，包括：
分别对当前帧图像和前一帧图像进行预处理；
对两帧图像进行二维快速傅里叶变换；并进行幅谱和相谱的分离，提取幅谱；
对两幅图像的幅谱取对数运算，然后进行极坐标变换，获取当前帧图像相对于前一帧图像的旋转角；
根据所述旋转角对当前帧图像进行旋转调整，利用基于频域的相位相关匹配算法计算当前帧图像相对于前一帧图像的平移量。
另一方面，本发明提供一种基于照地高速摄像头的车辆定位装置，包括：
对地图像采集模块，包括安装在车辆上照地高速相机，用于连续采集对地图像数据；
旋转角及平移量计算模块，用于根据连续两帧之间的相关性，计算当前帧相对前一帧车辆的旋转角及平移量；
位置计算模块，用于根据所述旋转角及平移量、前一帧的航向角和经纬度、照地高速相机的参数，推测当前帧车辆的位置。
进一步，还包括参数设定模块，利用棋盘格标定相机参数，所述相机参数包括：相机相对车辆的旋转角以及相机拍摄图片每个pixel对应实际的物理距离。
进一步，所述旋转角及平移量计算模块，包括：
初始数据获取模块，用于获取车辆的初始航向角和经纬度；
帧数据获取模块，用于获取所述对地图像采集模块连续采集的对地图像数据，并判断当前帧图像是否为第一帧；
数据处理模块，用于利用旋转不变相位相关算法以及基于频域的相位相关匹配算法计算当前帧图像相对于前一帧图像的旋转角和平移量。
进一步，所述数据处理模块，包括：
预处理模块，用于分别对当前帧图像和前一帧图像进行预处理；
幅谱提取模块，用于对两帧图像进行二维快速傅里叶变换；并进行幅谱和相谱的分离，提取幅谱；
旋转角计算模块，用于对两幅图像的幅谱取对数运算，然后进行极坐标变换，获取当前帧图像相对于前一帧图像的旋转角；
平移量计算模块，根据所述旋转角对当前帧图像进行旋转调整，利用基于频域的相位相关匹配算法计算当前帧图像相对于前一帧图像的平移量。
本发明的有益效果是：
1.能够抗周边障碍物的影响，特别是车辆建筑物较多的场景；
2.能够更加精准的定位车辆的位置，误差精度能控制在5‰；
3.即使在车辆速度很快的情况下也能够精准计算车辆位置；
4.能够在没有GNSS信号的情况下精确定位车辆位置。
附图说明
图1为本发明方法流程图；
图2为当前帧图像的旋转角和平移量计算方法流程图；
图3为本发明装置结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
一方面，本发明提供一种基于照地高速摄像头的车辆定位方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤1，在车辆上安装照地高速相机，并利用棋盘格标定相机参数；所述相机参数包括：相机相对车辆的旋转角以及相机拍摄图片每个pixel对应实际的物理距离。
步骤2，在实际道路上连续采集对地图像数据，根据连续两帧之间的相关性，计算当前帧相对前一帧车辆的旋转角及平移量；并根据前一帧的航向角和经纬度、照地高速相机的参数，推测当前帧车辆的位置。
具体如2所示，首先，判断当前帧图像是否为第一帧，若是，则将车辆初始航向角和经纬度作为获取当前帧图像时车辆的航向角和经纬度；
若当前帧图像不为第一帧，则将前一帧图像作为参考图像，利用旋转不变相位相关(RIPOC)算法以及基于频域的相位相关匹配(POC)算法计算当前帧图像相对于前一帧图像的旋转角和平移量。
分别对当前帧图像和前一帧图像进行预处理；
对两帧图像进行二维快速傅里叶变换；并进行幅谱和相谱的分离，提取幅谱；
对两幅图像的幅谱取对数运算，然后进行极坐标变换，获取当前帧图像相对于前一帧图像的旋转角；
根据所述旋转角对当前帧图像进行旋转调整，利用基于频域的相位相关匹配(POC)算法计算当前帧图像相对于前一帧图像的平移量。
另一方面，本发明提供一种基于照地高速摄像头的车辆定位装置，如图3所示，包括：
对地图像采集模块，包括安装在车辆上照地高速相机，用于连续采集对地图像数据；所述的照地高速相机的拍摄视频帧率不低于750fps。
参数设定模块，利用棋盘格标定相机参数，所述相机参数包括：相机相对车辆的旋转角以及相机拍摄图片每个pixel对应实际的物理距离。
旋转角及平移量计算模块，用于根据连续两帧之间的相关性，计算当前帧相对前一帧车辆的旋转角及平移量；
位置计算模块，用于根据所述旋转角及平移量、前一帧的航向角和经纬度、照地高速相机的参数，推测当前帧车辆的位置。
进一步，所述旋转角及平移量计算模块，包括：
初始数据获取模块，用于获取车辆的初始航向角和经纬度；
帧数据获取模块，用于获取所述对地图像采集模块连续采集的对地图像数据，并判断当前帧图像是否为第一帧；
数据处理模块，用于利用旋转不变相位相关算法以及基于频域的相位相关匹配算法计算当前帧图像相对于前一帧图像的旋转角和平移量。
进一步，所述数据处理模块，包括：
预处理模块，用于分别对当前帧图像和前一帧图像进行预处理；
幅谱提取模块，用于对两帧图像进行二维快速傅里叶变换；并进行幅谱和相谱的分离，提取幅谱；
旋转角计算模块，用于对两幅图像的幅谱取对数运算，然后进行极坐标变换，获取当前帧图像相对于前一帧图像的旋转角；
平移量计算模块，根据所述旋转角对当前帧图像进行旋转调整，利用基于频域的相位相关匹配算法计算当前帧图像相对于前一帧图像的平移量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于照地高速摄像头的车辆定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，在车辆上安装照地高速相机，并利用棋盘格标定相机参数；
步骤2，在实际道路上连续采集对地图像数据，根据连续两帧之间的相关性，计算当前帧相对前一帧车辆的旋转角及平移量；并根据前一帧的航向角和经纬度、照地高速相机的参数，推测当前帧车辆的位置。
2.根据权利要求1所述一种基于照地高速摄像头的车辆定位方法，其特征在于，所述利用棋盘格标定相机参数包括：相机相对车辆的旋转角以及相机拍摄图片每个p i xe l对应实际的物理距离。
3.根据权利要求1所述一种基于照地高速摄像头的车辆定位方法，其特征在于，所述步骤2中，在实际道路上连续采集对地图像数据，根据连续两帧之间的相关性，计算当前帧相对前一帧车辆的旋转角及平移量，包括：
在实际道路上连续采集对地图像数据，判断当前帧图像是否为第一帧，若是，则将车辆初始航向角和经纬度作为获取当前帧图像时车辆的航向角和经纬度；
若当前帧图像不为第一帧，则将前一帧图像作为参考图像，利用旋转不变相位相关算法以及基于频域的相位相关匹配算法计算当前帧图像相对于前一帧图像的旋转角和平移量。
4.根据权利要求3所述一种基于照地高速摄像头的车辆定位方法，其特征在于，所述的，利用旋转不变相位相关算法以及基于频域的相位相关匹配算法计算当前帧图像相对于前一帧图像的旋转角和平移量，包括：
分别对当前帧图像和前一帧图像进行预处理；
对两帧图像进行二维快速傅里叶变换；并进行幅谱和相谱的分离，提取幅谱；
对两幅图像的幅谱取对数运算，然后进行极坐标变换，获取当前帧图像相对于前一帧图像的旋转角；
根据所述旋转角对当前帧图像进行旋转调整，利用基于频域的相位相关匹配算法计算当前帧图像相对于前一帧图像的平移量。
5.一种基于照地高速摄像头的车辆定位装置，其特征在于，包括：
对地图像采集模块，包括安装在车辆上照地高速相机，用于连续采集对地图像数据；
旋转角及平移量计算模块，用于根据连续两帧之间的相关性，计算当前帧相对前一帧车辆的旋转角及平移量；
位置计算模块，用于根据所述旋转角及平移量、前一帧的航向角和经纬度、照地高速相机的参数，推测当前帧车辆的位置。
6.根据权利要求5所述一种基于照地高速摄像头的车辆定位装置，其特征在于，还包括参数设定模块，利用棋盘格标定相机参数，所述相机参数包括：相机相对车辆的旋转角以及相机拍摄图片每个p i xe l对应实际的物理距离。
7.根据权利要求5所述一种基于照地高速摄像头的车辆定位装置，其特征在于，所述旋转角及平移量计算模块，包括：
初始数据获取模块，用于获取车辆的初始航向角和经纬度；
帧数据获取模块，用于获取所述对地图像采集模块连续采集的对地图像数据，并判断当前帧图像是否为第一帧；
数据处理模块，用于利用旋转不变相位相关算法以及基于频域的相位相关匹配算法计算当前帧图像相对于前一帧图像的旋转角和平移量。
8.根据权利要求7所述一种基于照地高速摄像头的车辆定位装置，其特征在于，所述数据处理模块，包括：
预处理模块，用于分别对当前帧图像和前一帧图像进行预处理；
幅谱提取模块，用于对两帧图像进行二维快速傅里叶变换；并进行幅谱和相谱的分离，提取幅谱；
旋转角计算模块，用于对两幅图像的幅谱取对数运算，然后进行极坐标变换，获取当前帧图像相对于前一帧图像的旋转角；
平移量计算模块，根据所述旋转角对当前帧图像进行旋转调整，利用基于频域的相位相关匹配算法计算当前帧图像相对于前一帧图像的平移量。
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