CN111141252B - 一种单目标定测距的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于车载的单目标定测距方法及系统，以实现车道线数据的高效、精确、便捷、快速处理。该方法包括：安装摄像装置；确定y轴，即车身前进方向；确定车顶天线安置点；选择标定点；计算平面测距变换参数M，生成变换矩阵；测距。

Description

一种单目标定测距的方法及系统

技术领域

本发明涉及一种地图绘制领域中摄像系统测距与处理的标定测距技术，尤其涉及一种单目标定测距的方法及系统。

背景技术

车载导航、无人驾驶和辅助驾驶是现代交通技术领域中的新兴行业和应用，它结合了通信技术、计算机视觉技术、模式识别技术、深度学习技术和交通技术等，通过多传感器融合技术识别出道路信息和路况信息等。其中，测量出车道线的距离信息是其非常重要的一部分内容。

目前比较传统的车辆测距系统有激光测距、超声波测距、雷达测距、单目测距等。激光测距对于光源比较敏感，不适用户外测量，超声波测距受速度影响较大，不适用于运动环境中的测距。雷达测距对电磁信号比较敏感，易受到电磁信号的干扰。单目三角测距法不能测量横向距离，而单目垂直光轴测距法也不适用于路平面车道线的测量。因此，对于车道线的距离测量还没有比较成熟通用的方法和应用。

公开号为CN201120105844的专利提出了一种“基于单目测距的汽车安全辅助驾驶系统”技术，该系统通过车辆前方的摄像头采集图像，通过采集的图像识别出车辆目标，得到前方车辆的距离信息，测量目标是前方目标车辆，没有具体测距原理。

公开号为CN201510482019的专利则提出了一种“一种基于CCD单目测距的驾驶考试系统”，克服了现有技术中利用电子考试系统中存在的无法识别出考试车辆方向及车辆其他部位所在坐标位置的问题，判断考试车辆方向的方法是通过多个方向上的摄像头相结合的方法，单目测距则采用三角测量的测距方法，不适于测量横向距离。

综上而言，现有的技术还没能有效解决在地图绘制领域中，以较高精度和稳定性的方式获取车道线距离信息的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种一种基于车载的单目标定测距方法及系统，以实现车道线数据的高效、精确、便捷、快速处理。

第一方面，提供基于车载的单目标定测距方法，该方法包括：

安装摄像装置；

确定y轴，即车身前进方向；

确定车顶天线安置点；

选择标定点；

计算平面测距变换参数M，生成变换矩阵；

测距。

进一步地，所述的摄像装置水平固定在车前部挡风玻璃上。

进一步地，所述的确定车身前进方向通过如下步骤：

测量出车尾和车头的中点；

确定中点地面垂直投影点，其中车尾中点垂直投影点为Pos_Car_Tail；车头中点垂直投影点为Pos_Car_Head；

连接车尾中点垂直投影点Pos_Car_Tail和车头中点垂直投影点Pos_Car_Head得到中线，并以车头为正得到y轴，即车身前进方向。

进一步地，所述的选择标定点通过如下步骤：

在摄像装置的工作半径范围内，于y轴上选取两个不重合的点，即靠近车身的参考点1和远离车身的参考点2；

使用固定长度的两条直线工具，一端分别固定在参考点1和参考点2上，活动端在y轴两侧分别相交，得到2个标定点；两条直线工具固定端对调，活动端在y轴两侧分别相交，得到另外2个标定点；

用标定块的右下角分别对准上述4个准标定点。

进一步地，所述的参考点1距离车头中点垂直投影点Pos_Car_Head 7m，参考点2距离车头中点垂直投影点Pos_Car_Head10m，两条直线工具分别长2m和3m。

进一步地，所述的计算平面测距的变换参数通过如下步骤：

获取标定点的世界坐标系；

获取标定点的像素坐标；

计算变换参数M，生成变换矩阵。

进一步地，所述的计算平面测距的变换参数通过如下步骤：

以车头中点垂直投影点作为世界坐标系的坐标原点Pos_Coord_Ori；

通过等边三角定理，分别计算标定点的世界坐标；

摄像装置拍摄标定物获取图像，检测获得标定物右下角顶点坐标；

列出方程，解算得到变换参数M，生成变换矩阵。

具体地，所述的变换参数

矩阵参数fx，fy，cx，cy为相机内参数，R为旋转矩阵，T为三维平移向量。

具体地，所述的变换矩阵为A＝MB；其中，A为世界坐标点，B为像素坐标点。

进一步地，还包括检测步骤如下：

在摄相装置的工作半径内随机选取若干个测试点；

运行上述单目标定测距方法，分别得到若干个测试点的各自距离1；

分别手动测量若干个测试点的距离2；

比较每个测试点的距离1和距离2，其误差绝对值小于10cm，则认定标定合格。

具体地，所述的距离指测试点到世界坐标系的坐标原点Pos_Coord_Ori的直线距离。

第二方面，本发明提供了一种单目标定测距系统，包括标定模块、图像采集模块、数据处理模块，所述的标定模块执行权利要求1至9任一项所述的单目标定测距方法。

附图说明

图1单目标定测距方法流程示意图

图2单目测距系统确定标定点和安装位置示意图

图3单目测距系统的标定点坐标计算示意图

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例中,一种基于车载的单目标定测距方法，包括：安装摄像装置；确定y轴，即车身前进方向；确定车顶天线安置点；选择标定点；计算平面测距变换参数，生成变换矩阵；计算测距公式。

安装摄像装置；

具体地，摄像装置水平固定在车前部挡风玻璃上。保持水平安装，避免存在旋转角度。

确定y轴，即车身前进方向；

具体地，测量出车尾和车头的中点；确定中点地面垂直投影点，其中车尾中点垂直投影点为Pos_Car_Tail；车头中点垂直投影点为Pos_Car_Head；连接车尾中点垂直投影点Pos_Car_Tail和车头中点垂直投影点Pos_Car_Head得到中线，并以车头为正得到y轴，即车身前进方向。

确定车顶天线放置位置；

具体地，测量出车顶用于放置两部RTK天线的位置，前端中心位置Pos_Main_Head和后端中心位置Pos_Main_Tail，并安装车顶天线。两部RTK天线获取的位置坐标的连线与地球坐标系(经纬度坐标系)形成的夹角即为航向夹角，用于地球坐标系与世界坐标系之间转换的已知量。

选择标定点；

具体地，在摄像装置的工作半径范围内，于y轴上选取两个不重合的点，即靠近车身的参考点1和远离车身的参考点2；

使用固定长度的两条直线工具，一端分别固定在参考点1和参考点2上，活动端在y轴两侧分别相交，得到2个标定点；两条直线工具固定端对调，活动端在y轴两侧分别相交，得到另外2个标定点；

用标定块的右下角分别对准上述4个准标定点。

优选地，所述的参考点1距离车头中点垂直投影点Pos_Car_Head7m，参考点2距离车头中点垂直投影点Pos_Car_Head10m，两条直线工具分别长2m和3m。

计算平面测距变换参数M，生成变换矩阵；

具体地，获取标定点的世界坐标系；获取标定点的像素坐标；计算变换参数，生成变换矩阵。

以车头中点垂直投影点作为世界坐标系的坐标原点Pos_Coord_Ori；通过等边三角定理，分别计算标定点的世界坐标；摄像装置拍摄标定物获取图像，检测获得标定物右下角顶点坐标；列出方程，解算得到变换参数，生成变换矩阵。

其中，所述的变换参数

矩阵参数fx，fy，cx，cy为相机内参数，R为旋转矩阵，T为三维平移向量。

其中，所述的所述的变换矩阵为A＝MB；A为世界坐标点，B为像素坐标点。A的世界坐标值xyz中的xy，分别对应B中相应坐标值。又因为A点处于水平路面，故此z＝0。通过运行检测软件获得B像素坐标，通过变换矩阵即可获得A的世界坐标；再通过计算世界坐标系中，A距离世界坐标系坐标原点Pos_Coord_Ori的距离，即可得到测距值。

通过等边三角定理，分别计算出四个标定点在以参考点Pos_Coord_Ori为坐标原点的世界坐标系下的坐标值x，y，z。由于标定点都位于同一路平面，且测量距离为路平面上车道线的距离，所以z＝0。根据标定原理，单目标定参数有内参数fx、fy、cx、cy，外参数旋转矩阵R、平移矩阵T，一共10个参数。其中，T是平移向量含有三个参数(x、y、z方向的平移)。世界坐标系下的四个标定点可以列出12个方程，解出内外参数。由于世界坐标系下的三维坐标点到像素坐标系下的二维点的投影变换矩阵是3×4不可逆矩阵，又由于z＝0，消去多余的两个参数，所以变换矩阵可以改写为3×3的可逆矩阵。即，可以通过世界坐标系下的坐标点求得像素坐标系下的坐标点，也可以通过像素坐标系下的坐标点求得世界坐标系下z＝0的路平面上的坐标点。

其中，所述的3×4不可逆矩阵为

因世界坐标系z＝0，消去第三列得

测距；

具体地，计算测距公式是通过卫星定位获取Pos_Main_Head与Pos_Coord_Ori的定位数据，并结合变换矩阵，得到测距公式。可通过RTK天线打点的方式计算出来Pos_Main_Head与Pos_Coord_Ori的位置，计算出测距公式。

通过运行检测软件获得B像素坐标，通过变换矩阵即可获得A的世界坐标；再通过计算世界坐标系中，A距离世界坐标系坐标原点Pos_Coord_Ori的距离，即可得到测距值。

特殊地，本实施例还包括检测步骤如下：在摄相装置的工作半径内随机选取若干个测试点；运行上述单目标定测距方法，分别得到若干个测试点的各自距离1；分别手动测量若干个测试点的距离2；比较每个测试点的距离1和距离2，其误差绝对值小于1cm，则认定标定合格。

其中，所述的距离指测试点到世界坐标系的坐标原点Pos_Coord_Ori的直线距离。

本发明中，还公开了一种单目标定测距系统，包括标定模块、图像采集模块、数据处理模块、输出模块，其特征在于，所述的标定模块执行上述的单目标定测距方法。

Claims (7)

1.一种基于车载的单目标定测距方法，其特征在于，包括：

安装摄像装置；

确定y轴，即车身前进方向；确定所述车身前进方向通过如下步骤：测量出车尾和车头的中点；确定中点地面垂直投影点，其中车尾中点垂直投影点为Pos_Car_Tail；车头中点垂直投影点为Pos_Car_Head；连接车尾中点垂直投影点Pos_Car_Tail和车头中点垂直投影点Pos_Car_Head得到中线，并以车头为正得到y轴，即车身前进方向；

确定车顶天线安置点；

选择标定点；在摄像装置的工作半径范围内，于y轴上选取两个不重合的点，即靠近车身的参考点1和远离车身的参考点2；使用固定长度的两条直线工具，一端分别固定在参考点1和参考点2上，活动端在y轴两侧分别相交，得到2个标定点；两条直线工具固定端对调，活动端在y轴两侧分别相交，得到另外2个标定点；用标定块的右下角分别对准上述4个标定点；

计算平面测距变换参数M，生成变换矩阵；所述的计算平面测距的变换参数通过如下步骤：以车头中点垂直投影点作为世界坐标系的坐标原点Pos_Coord_Ori；通过等边三角定理，分别计算标定点的世界坐标；摄像装置拍摄标定物获取图像，检测获得标定物右下角顶点坐标；列出方程，解算得到变换参数M；

其中，所述的变换参数

矩阵参数fx，fy，cx，cy为相机内参数，R为旋转矩阵，T为三维平移向量；

通过卫星定位获取Pos_Main_Head与Pos_Coord_Ori的定位数据，并结合变换矩阵，得到测距公式并测距。

2.如权利要求1所述的一种基于车载的单目标定测距方法，其特征在于，所述的摄像装置水平固定在车前部挡风玻璃上。

3.如权利要求1所述的一种基于车载的单目标定测距方法，其特征在于，所述的参考点1距离车头中点垂直投影点Pos_Car_Head 7m，参考点2距离车头中点垂直投影点Pos_Car_Head10m，两条直线工具分别长2m和3m。

4.如权利要求1所述的一种基于车载的单目标定测距方法，其特征在于，所述的生成变换矩阵通过如下步骤：

获取标定点的世界坐标系；

获取标定点的像素坐标；

计算变换参数M，生成变换矩阵。

5.如权利要求4所述的一种基于车载的单目标定测距方法，其特征在于，所述的变换矩阵为A＝MB；

其中，A为世界坐标点，B为像素坐标点。

6.如权利要求1至5任一所述的一种基于车载单目标定测距方法，其特征在于，还包括检测步骤如下：

在摄相装置的工作半径内随机选取若干个测试点；

运行上述单目标定测距方法，分别得到若干个测试点的各自距离1；

分别手动测量若干个测试点的距离2；

比较每个测试点的距离1和距离2，其误差绝对值小于10cm，则认定标定合格；

其中，所述的距离指测试点到世界坐标系的坐标原点Pos_Coord_Ori的直线距离。

7.一种单目标定测距系统，包括标定模块、图像采集模块、数据处理模块、输出模块，其特征在于，所述的标定模块执行权利要求1至6任一项所述的单目标定测距方法。

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