CN114659489A - 一种基于凸透镜成像原理的前车距离检测方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于凸透镜成像原理的前车距离检测方法和装置。其中，该方法包括：通过车辆前置摄像机获取车辆的前方图像；检测前方图像中的车牌宽度和前车图像中车牌左下角坐标点对应纵坐标；确定车辆两侧车道线在图像上的函数方程；根据纵坐标和函数方程确定前方图像上车牌对应位置车道宽度；基于凸透镜成像原理及光线传播定律，根据前方图像上车牌宽度与车牌对应位置车道宽度的比值，计算世界坐标系下的车道宽度，以及根据摄像机镜头焦距、图像坐标系下的车道宽度以及世界坐标系下的车道宽度，计算前车距离。本发明将车道线作为检测前车的依据，提高了前车距离检测的准确度和可靠性，同时也降低了前车测距的成本。
Description
技术领域
本发明实施例涉及车距检测技术领域，尤其涉及一种基于凸透镜成像原理的前车距离检测方法和装置。
背景技术
准确的检测前车距离可以有效帮助驾驶员判断车速是否合适，避免发生碰撞，保证交通安全。
现有的前车距离检测方法包括双目测距，通过前车宽度、高度和车牌来计算前车距离等。但是双目测距的成本较高，且不同车型的车辆以及相同车型不同品牌的车辆宽度高度不尽相同，不能作为不变量用于前车距离计算，同时车牌较小，距离远无法准确检测，不能作为检测前车距离的依据。
发明内容
本发明提供的一种基于凸透镜成像原理的前车距离检测方法和装置，以降低前车测距的成本，将车道线作为检测前车的依据，提高前车检测的准确度和可靠性。
第一方面，本发明实施例提供了一种基于凸透镜成像原理的前车距离检测方法，包括：
S110、通过车辆前置摄像机获取车辆的前方图像；
S120、检测所述前方图像中的车牌宽度和前车图像中车牌左下角坐标点对应纵坐标y’；
S130、对所述前方图像中的车道线进行拟合，以确定车辆两侧车道线在图像上的函数方程；
S140、根据所述纵坐标y0和所述函数方程确定所述前方图像上车牌对应位置车道宽度；
S150、基于凸透镜成像原理及光线传播定律，根据前方图像上车牌宽度与车牌对应位置车道宽度的比值，计算世界坐标系下的车道宽度；
S160、基于凸透镜成像原理及光线传播定律，根据摄像机镜头焦距、图像坐标系下的车道宽度以及世界坐标系下的车道宽度，计算前车距离。
可选的，所述S130包括：
按照一定的尺寸将所述前车图像进行分割成若干小图片；
通过训练好的车道线检测模型在分割所得的小图片内检测车道线段，分别对每个小图片内检测到的车道线段位置进行曲线拟合；
对各小图片中的拟合的曲线进行合成，以得到两侧车道线在前方图像上的函数方程。
可选的，所述S140包括：
计算直线y＝y0与两车道线的交点并计算交点之间的距离，该距离为y’前方图像上车牌对应位置车道的宽度。
可选的，所述S150的计算公式如下：
其中，d1为世界坐标系下的车道宽度；r1车牌宽度，为440mm；d2为像素坐标系下车道宽度；r2为像素坐标系下车牌宽度。
可选的，所述S160的计算公式如下：
其中，L为前车距离，D1为世界坐标系下的车道宽度，D2为图像坐标系下的车道宽度，f为摄像机镜头焦距。
可选的，在S120之前还包括：
通过训练好的车辆检测模型检测前方图像中的车辆，在前车图像中划取前车定位框，获取前方车辆在像素坐标系的位置，以确定所要测距的目标前方车辆。
可选的，在确定所要测距的目标前方车辆之后，还包括：
计算目标前方车辆宽度和高度的比值；
若所述比值小于设定阈值，则判定目标前方车辆为非机动车。
可选的，在S160之前还包括：
获取前车定位框左下角纵坐标y1，计算直线y＝y1与两车道线函数方程的交点之间的距离，该距离为像素坐标系下前车对应位置车道的宽度；
根据相机参数确定坐标系转换方程，通过坐标系转换方程将像素坐标系下前车对应位置车道的宽度转换为世界坐标系下的车道宽度。
第二方面，本发明实施例还提供了一种基于凸透镜成像原理的前车距离检测装置，包括：
图像获取模块，用于通过车辆前置摄像机获取车辆的前方图像；
检测模块，用于检测所述前方图像中的车牌宽度和前车图像中车牌左下角坐标点对应纵坐标y0；
车道线拟合模块，用于对所述前方图像中的车道线进行拟合，以确定车辆两侧车道线在图像上的函数方程；
图像上车道宽度确定模块，用于根据所述纵坐标y0和所述函数方程确定所述前方图像上车牌对应位置车道宽度；
世界坐标系下的车道宽度确定模块，用于基于凸透镜成像原理及光线传播定律，根据前方图像上车牌宽度与车牌对应位置车道宽度的比值，计算世界坐标系下的车道宽度；
前车距离计算模块，用于基于凸透镜成像原理及光线传播定律，根据摄像机镜头焦距、图像坐标系下的车道宽度以及世界坐标系下的车道宽度，计算前车距离。
本发明的有益效果：通过测量车辆前方车道宽度，将车道线作为检测前车的依据，可以有效的实现对前车距离的检测，准确度高；通过对前方图像中的车辆进行检测，可以有效筛掉左右车道车辆；此外，本发明还可以有效的判断前方车辆是否为非机动车。
附图说明
图1为本发明提供的一种基于凸透镜成像原理的前车距离检测方法；
图2是本发明提供的的计算前车宽高比示意图；
图3是本发明提供的的车道线检测流程图；
图4是本发明提供的的车道宽度计算示意图；
图5是本发明提供的前车距离计算示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例
图1为本发明实施例提供的基于凸透镜成像原理的前车距离检测方法的流程图，本实施例可适用于在车辆行驶过程中对前车距离进行检测的情况，具体包括如下步骤：
S110、通过车辆前置摄像机获取车辆的前方图像。
在获取到前方图像之后，为了提高检测的有效性，可以先对确定前方图像中的目标车辆，并检测目标车辆是否为非机动车。
具体的，通过训练好的车辆检测模型检测前方车辆，划取前车定位框，获取前方车辆在像素坐标系的位置，计算定位框左下角坐标点(x1,y1)右下角坐标点(x2,y2)及左上角坐标点(x3,y3)，若检测到多辆车辆，计算每个车辆定位框下边缘中点的横坐标，取横坐标最靠近图像中心的那一辆检测到的车作为要测量距离的前车，以避免左右车道车辆出现在相机视野范围内对检测产生的干扰。
计算前车宽度w＝|x2-x1|及高度h＝|y3-y1|,设定宽高比阈值t，若w/h<t,则判定前车为非机动车，示意图如图2所示，不再测量车距，直接提醒驾驶员注意车速示，若不是非机动车，则继续执行下述步骤。
S120、检测所述前方图像中的车牌宽度和前车图像中车牌左下角坐标点对应纵坐标y0。
S130、对所述前方图像中的车道线进行拟合，以确定车辆两侧车道线在图像上的函数方程。
具体的参见图3，将前方图像进行按照一定的尺寸分割成若干各小图像，通过训练好的车道线检测模型在分割所得的小图片内检测车道线段，分别对每个小图片内检测到的车道线段位置进行曲线拟合；对各小图片中的拟合的曲线进行合成，以得到两侧车道线在前方图像上的函数方程。
S140、根据所述纵坐标y0和所述函数方程确定所述前方图像上车牌对应位置车道宽度。
具体的，获取一帧前方有车且可以清晰拍摄前车车牌的图像，检测前车车牌，获取前车车牌在图像中的宽度以及车牌左下角坐标点对应纵坐标y0，计算直线y＝y0与两车道线的交点，并计算两交点的距离，该距离为图像上车牌对应位置车道的宽度。
作为另一种可选的实施方式，本实施例中还可以通过获取前方图像中其他位置出的坐标信息来计算车道宽度。如获取前车定位框左下角纵坐标y1，计算直线y＝y1与两车道线函数方程的交点p1、p2，并计算两交点p1、p2的距离，该距离为像素坐标系下前车对应位置车道的宽度。进一步的，根据相机参数可获得图像坐标系至世界坐标系的变换方程，根据该变换方程计算图像上车道宽度对应世界坐标系的数值。
S150、基于凸透镜成像原理及光线传播定律，根据前方图像上车牌宽度与车牌对应位置车道宽度的比值，计算世界坐标系下的车道宽度。
参见图4，本实施例中车道宽度的计算公式如下，
其中，d1为世界坐标系下的车道宽度；r1车牌宽度，为440mm；d2为像素坐标系下车道宽度；r2为像素坐标系下车牌宽度。
国家标准车牌宽度为固定值440mm，基于凸透镜成像原理及光线传播定律，通过图像上车牌宽度与对应位置车道宽度的比值，可以计算世界坐标系下的车道宽度，示意图如图3所示。根据国家标准，同一场景下车道宽度固定，因此后续车道宽度数值十分钟检测一次而不是每一帧图像都计算车道宽度，若计算车道宽度时前方没有车辆或前方车辆较远无法准确检测车牌位置与宽度，则继续用上一次检测的结果，根据国家标准不同场景车道宽度分别为2.8m、3m、3.25m、3.5m、3.75m，若计算所得数值不在以上范围内，则取差别最小的标准值用于接下来的计算。
S160、基于凸透镜成像原理及光线传播定律，根据摄像机镜头焦距、图像坐标系下的车道宽度以及世界坐标系下的车道宽度，计算前车距离。
参见图5，本实施例中前车距离的计算公式为：
其中，L为前车距离，D1为世界坐标系下的车道宽度，D2为图像坐标系下的车道宽度，f为摄像机镜头焦距。
本发明通过测量车辆前方车道宽度，将车道线作为检测前车的依据，可以有效的实现对前车距离的检测，准确度高。
进一步的，本发明还提供一种基于凸透镜成像原理的前车距离检测装置，包括：
图像获取模块，用于通过车辆前置摄像机获取车辆的前方图像；
检测模块，用于检测所述前方图像中的车牌宽度和前车图像中车牌左下角坐标点对应纵坐标y0；
车道线拟合模块，用于对所述前方图像中的车道线进行拟合，以确定车辆两侧车道线在图像上的函数方程；
图像上车道宽度确定模块，用于根据所述纵坐标y0和所述函数方程确定所述前方图像上车牌对应位置车道宽度；
世界坐标系下的车道宽度确定模块，用于基于凸透镜成像原理及光线传播定律，根据前方图像上车牌宽度与车牌对应位置车道宽度的比值，计算世界坐标系下的车道宽度；
前车距离计算模块，用于基于凸透镜成像原理及光线传播定律，根据摄像机镜头焦距、图像坐标系下的车道宽度以及世界坐标系下的车道宽度，计算前车距离。
其中，车道线拟合模块具体用于：按照一定的尺寸将所述前车图像进行分割成若干小图片；
通过训练好的车道线检测模型在分割所得的小图片内检测车道线段，分别对每个小图片内检测到的车道线段位置进行曲线拟合；
对各小图片中的拟合的曲线进行合成，以得到两侧车道线在前方图像上的函数方程。
图像上车道宽度确定模块，具体用于：计算直线y＝y0与两车道线的交点并计算交点之间的距离，该距离为y0前方图像上车牌对应位置车道的宽度。
世界坐标系下的车道宽度确定模块，具体用于执行：
其中，d1为世界坐标系下的车道宽度；r1车牌宽度，为440mm；d2为像素坐标系下车道宽度；r2为像素坐标系下车牌宽度。
前车距离计算模块，具体用于执行：
其中，L为前车距离，D1为世界坐标系下的车道宽度，D2为图像坐标系下的车道宽度，f为摄像机镜头焦距。
本发明实施例所提供的基于凸透镜成像原理的前车距离检测装置可执行本发明任意实施例所提供的基于凸透镜成像原理的前车距离检测方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (9)
1.一种基于凸透镜成像原理的前车距离检测方法，其特征在于，包括：
S110、通过车辆前置摄像机获取车辆的前方图像；
S120、检测所述前方图像中的车牌宽度和前车图像中车牌左下角坐标点对应纵坐标y0；
S130、对所述前方图像中的车道线进行拟合，以确定车辆两侧车道线在图像上的函数方程；
S140、根据所述纵坐标y0和所述函数方程确定所述前方图像上车牌对应位置车道宽度；
S150、基于凸透镜成像原理及光线传播定律，根据前方图像上车牌宽度与车牌对应位置车道宽度的比值，计算世界坐标系下的车道宽度；
S160、基于凸透镜成像原理及光线传播定律，根据摄像机镜头焦距、图像坐标系下的车道宽度以及世界坐标系下的车道宽度，计算前车距离。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S130包括：
按照一定的尺寸将所述前车图像进行分割成若干小图片；
通过训练好的车道线检测模型在分割所得的小图片内检测车道线段，分别对每个小图片内检测到的车道线段位置进行曲线拟合；
对各小图片中的拟合的曲线进行合成，以得到两侧车道线在前方图像上的函数方程。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S140包括：
计算直线y＝y0与两车道线的交点并计算交点之间的距离，该距离为y’前方图像上车牌对应位置车道的宽度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S150的计算公式如下：
其中，d1为世界坐标系下的车道宽度；r1车牌宽度，为440mm；d2为像素坐标系下车道宽度；r2为像素坐标系下车牌宽度。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S160的计算公式如下：
其中，L为前车距离，D1为世界坐标系下的车道宽度，D2为图像坐标系下的车道宽度，f为摄像机镜头焦距。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在S120之前还包括：
通过训练好的车辆检测模型检测前方图像中的车辆，在前车图像中划取前车定位框，获取前方车辆在像素坐标系的位置，以确定所要测距的目标前方车辆。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在确定所要测距的目标前方车辆之后，还包括：
计算目标前方车辆宽度和高度的比值；
若所述比值小于设定阈值，则判定目标前方车辆为非机动车。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在S160之前还包括：
获取前车定位框左下角纵坐标y1，计算直线y＝y1与两车道线函数方程的交点之间的距离，该距离为像素坐标系下前车对应位置车道的宽度；
根据相机参数确定坐标系转换方程，通过坐标系转换方程将像素坐标系下前车对应位置车道的宽度转换为世界坐标系下的车道宽度。
9.一种基于凸透镜成像原理的前车距离检测装置，其特征在于，包括：
图像获取模块，用于通过车辆前置摄像机获取车辆的前方图像；
检测模块，用于检测所述前方图像中的车牌宽度和前车图像中车牌左下角坐标点对应纵坐标y’；
车道线拟合模块，用于对所述前方图像中的车道线进行拟合，以确定车辆两侧车道线在图像上的函数方程；
图像上车道宽度确定模块，用于根据所述纵坐标y’和所述函数方程确定所述前方图像上车牌对应位置车道宽度；
世界坐标系下的车道宽度确定模块，用于基于凸透镜成像原理及光线传播定律，根据前方图像上车牌宽度与车牌对应位置车道宽度的比值，计算世界坐标系下的车道宽度；
前车距离计算模块，用于基于凸透镜成像原理及光线传播定律，根据摄像机镜头焦距、图像坐标系下的车道宽度以及世界坐标系下的车道宽度，计算前车距离。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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