CN88100677A

CN88100677A - 一种确定物体在一段路面上行驶轨迹的方法及实施该方法的装置

Info

Publication number: CN88100677A
Application number: CN198888100677A
Authority: CN
Inventors: 塞尔日·伯谢; 让-马克·布洛斯维尔; 佛朗索瓦·勒努瓦尔
Original assignee: Institut National de Recherche sur les Transports et leur Securite INRETS
Current assignee: Institut National de Recherche sur les Transports et leur Securite INRETS
Priority date: 1987-01-14
Filing date: 1988-01-14
Publication date: 1988-08-31
Also published as: FR2609566B1; EP0277050B1; ATE75064T1; DE3869978D1; FR2609566A1; EP0277050A1; US4839648A; ES2031608T3

Abstract

一种用于确定物体(1)如汽车在一条相对平坦的路段(2)上的轨迹的方法。其特征是：在一个平面(19)上形成所述路段的主实影像(4)，平面(19)与所述路段成非零夹角(5)；将所述主影象分解为许多点(21)；确定一单位长度(30)的大小与其在主影象上影象的大小之间的关系，该单位长度是从所述路段上实际测得的，所谓大小是所述影象覆盖的点数与所述路段上的单位长度的位置的函数；确定所述主影象上的一个第二影象(32)，所述第二影象对应于一个纵向参考标记(31)，该参考标记与所述路段上的汽车相关。

Description

本发明是关于确定物体在一段路面上行驶轨迹的方法，特别是这种方法可以确定汽车在公路、高速公路等路面上，通过一段相对长的距离的行驶轨迹。所行驶的路面可有多种形式，如距形路面或构成十字路的两段路等。本发明还提供了用于实施该方法的装置。

多年来，汽车交通业一直在不断地发展，但是在一些地区，公路交通网的改进还跟不上交通业的发展，这意味着在一些情况下，会出现交通阻塞，这无疑会阻碍交通业的发展。因此，人们设想，通过监视汽车行驶可以克服这些弊端。

为了完成这种监视，必须提供一些能够反映汽车交通影象的传感器。现已出现了一些传感器，例如，现已设计有一种传感器，它是根据照射在汽车行驶道路上的光线进行传感的。光敏接收器用于接收这些光线，这些光线通常是用专门设置在路上的反射面反射回来的，每当汽车切断这些光线时，接收器将在其输出端发出显示交通状况的信号。

这项技术是卓有成效的，但是，所发出的这些信号仅仅代表一点的交通状况，而且所采用的传感器不能灵活地工作，因为这种传感器要求把元件固定在公路上，因此它们被固定在一定的位置上，不能轻易地移动。另外安装在路上的元件需要经常保养，即便只是清洁其反射面。

还有一些其它类型的传感器，它们可以增加监视面积，安装在公路上的由磁路构成的传感器即是其一，这种传感器在某种程度上克服了上述缺陷，但它的使用还是太不灵活，且通常只对应于公路上一给定的位置。

为此，本发明的目的在于提供一种方法，用它可以确定一个物体，如一辆汽车在一段路面上的轨速，从而不须增加特殊的辅助装置，即可监视一段面积较大的道路面。而且，可以给出许多结果，以确定所给定的交通如汽车交通所需要的全部参数。

本发明的目的还在于提供用于实施该方法的装置。

更确切地说，本发明提供了一种方法，用于确定一个物体如一辆汽车在一条相对平坦的路段上的轨迹。该方法的特征在于：

在一个平面上形成所述路段的主实影象，该平面与所述路段成非零夹角;

将所述主影象分解为许多点的组合;

从所述路段实际取一单位长度，确定其大小与其在所述主影象上形成的影象大小之间的关系，所说的影象大小是该影象覆盖的点数及该路段上该单位长度所处位置的函数;

在所述主影象上确定一个第二影象，所述第二影象对应于一纵向参考标记，该标记与所述路段上的所述汽车相关;

用所述第二影象覆盖的点数的关系确定所述第二影象的一系列有序的位置，所述第二影象根据前述关系对应于所述路段上一恒定长度。

本发明还提供了实施该方法的装置。

本发明的其它特征及优点可从以下参考附图的说明中看出，附图只是用于直观表示，而发明并不受此之限。附图中：

图1至图6是解释实施本发明方法的图例;

图7表示了用本发明的方法得到的结果。

首先说明，每组数字表示相同的一组项目，这些项目用于解释本发明方法的实例。这样，同样的标记用于表示相同的项目，而不管这数字用于什么特殊的项目。

用此方法，可以确定一个物体如汽车1在道路3的一路段2上的轨迹（见图1）。该路段最好选为其表面大致平坦，而不论其坡度如何。

该路段的影象4形成在第二平面19上，该平面与所述路段成非零夹角5，这两平面的交线6位于该路段之外。该影象可以很方便地用聚光装置7形成，例如安装一个聚光透镜8，其光轴9大致通过该路段2的中心10。

由于路段的两边11和12通常大致平行，而且该路段的表面选为平面，故影象4构成一不等边四边形13，其长底边14对应于该路段上靠近两平面交线6一端的截止线15，其短底边16对应该于路段2的另一条横向截止线17。这两条截止线是由透镜8的视域及接收影象的光敏面20的大小所限定（以下将参照附图2给予说明）。

影象4被接收在一个光敏面20上。光敏面20由许多光敏点21组成，每个点都可以在一个参照系22上找到各自的位置。

特别地，为了便于实施该方法，参照系22选为正交系，而光敏点均匀分布在行23和列24上，例如分布在六边网格中，以便构成一个易于确定的网格图，光敏接收面20上单位面积点21的数目应尽可能大。

然后，该方法要确定路段2上一单位长度30的大小，并用其在接收面上影象的点数测出其影象的大小。一般地，由路段上实际取出的单位长度的大小与其在主影象上形成的影象的大小有一确定的关系，该影象的大小是覆盖在该影象上的点数及所述单位长度的位置的函数，该单位长度位于路段上两截止线15和17之间。

因此，根据这种关系，可以在主影象4上的一个第二纵向影象与实际位于路段上的一个真实长度之间建立一一对应的关系。

作为实施例，可以假设汽车1的保险杠31的长度是确定的，如果汽车在路段2上、两条截止线15和17之间由15驶向17，显然，保险杠的真实长度是不变的，而其在接收面上的影象将会产生长度的变化，其靠近不等边四边形长底边14的长度，对应着较多的点数33;位于短底边16上的长度，则对应着较少的点数34。这种对应关系是根据一关系式给出的。该关系式中的各参量为：夹角5的度数“α”，透镜8的光心35到路段2表面的距离“h”，取自路段2的一段长度“L”（如图1中的长度30），与影象相对应的长度“X”，该长度是由影象4上的点数测得的，影象4距光心35的距离“f”（即大致为透镜8的焦距）以及长度“d”，它表示路段上长度“L”相对于一原点的距离，该原点是光心35在道路3上的投影。该关系式如下式：

d＝h·tan（a）+ (L·X)/(（A-B·X）Cos（a）)

其中：A＝ (L·f·Cos（a）)/(h) 和

B＝ (L·Sin（a）)/(h)

根据上述条件，让我们考察一辆汽车上某一参考标记及其在影象4上的影象。通过观察该参考标记影象的变化便可确定汽车在该路段上的轨迹。参考标记影象的变化主要是长度的变化，该长度对应于路段上一恒定长度。所述变化是由上述关系确定的，由此相对应于作为分析影象的参考标记，可以给出有关汽车轨迹的若干参数。

由上述可知，确定主影象上第二影象的长度值是必要的。为便于实施该方法，用一台摄象机51上的靶面50摄收该影象的光敏点21，摄象机的物镜52相当于前面提到过的聚光透镜8。靶面50是由光敏点构成的，这些光敏点在光学领域被称为“象素”，它们可以通过逐行录象扫描技术简单迅速地读出，每个象素在参照系22上有一个易于确定的座标位置。

这样，对于象素的每个点都很容易得到代表其光照及座标位置的状态的电子数据。为此，在摄象机的输出端53连接一装置54，用以接收和处理数据并发出处理后的信号。装置54的输出端55与显示处理后信号的装置57的输入端56连接。显示装置57可以是诸如纸带记录仪或余辉荧光屏等等，装置54可以是专用于这种处理的处理机。

因此，有必要选择一个具有代表性的参考标记以对应于通过路段2的每辆汽车，所述参考标记具有恒定的长度且与整个路段视象明显不同。图4所示例子中，汽车所行驶的路段是由阳光自然照明或人工照明，人们可以观察到的路段2通常是灰色的，当汽车通过该路段时，会出现两种对比值，无论何种照明形式都是如此，尽管在自然照明时对比会更强烈。

两种影象的反差由汽车投射在路面上的阴影60和（或）汽车本身产生的。当汽车沿路段2全长行驶时，可以假定太阳的位置及阳光的射向不变，因为汽车所行驶的距离只有几十米，至多几百米。这样，除一些很少见的情况外，阴影的长度是很容易确定的，不论是客车还是卡车，其阴影长度都在1.5米到2.5米之间。

在对比中可以看到，汽车的金属顶62上尽管涂有漆，但仍具有远高于路段的反射系数（公路上用于划分交通道的涂漆虚、实线61可能例外）。不过，由于这些线较细，可以根据它们的宽度识别出来。同样，汽车上设置的小物体如后视镜产生的附加反射也可以识别出来。

这样，通过分析汽车投下的阴影60或汽车反射的较强光线，或者综合分析这两种现象，则很容易识别出汽车。

图5是表示曲线70的示图。曲线70代表摄象机51的靶面50上的象素在行23上的光量，例如，有两段代表光强降低的曲线71和72，它们对应于路段2上的阴影区，阴影区的影象是在靶面上形成的。由上述关系可以确定路段上一个物体的真实长度，它对应着主影象上的一个影象。这样，如上所述，若线段71和72的尺寸与汽车的横向尺寸不相对应，则应略去。本例中线段71应舍去，因为它所对应的物体的尺寸不在预定的范围内。

因而，若线段72的长度对应于在预定范围内的物体尺寸，则它很可能代表一辆汽车的阴影。

由于汽车的阴影会自然延伸有一高度，因此，必须要考虑一组连续曲线70。如果线段72几乎可以从该组所有曲线中找到，那么，几乎可以肯定，我们已识别出路段2上有一辆汽车。

这样，线段72对应于与汽车有关的某参考物，通过分析所述线段72在主影象4上移动时的变化，便可以确定汽车在路段2上的行驶轨迹。

信号处理装置54通常装有一时钟，用以记载汽车在路段上每一位置的时间。

以上是关于用深色参考标记分析，识别汽车的方法。然而，也可以用浅色区域作为参考标记。图6中曲线90表示摄象机光敏靶面上的象素在行23上的光量。本例中，该曲线有两线段91和92，它们对应于路段2上的浅色物体。参照图5，可用同样方法，根据这两线段识别其尺寸位于一定范围内的那些物体。假定一浅色线段如线段92，它的长度相当于汽车的横向尺寸，则可用上述方法确定汽车的轨迹。

当然，可以用比公路更暗的区域和比公路更亮的区域同时作为标记来实施该方法，以便得到有关行驶在路段上的汽车的更确切的信息。

与汽车有关的各种影象可用连续分析和离散分析，离散分析可用电子电路产生信号以代表每个离散点的结果，这样，比连续分析所需要的信号处理装置54的结构可以更为简单。

图7以图表形式表示了对某路段的离散分析结果，路段取在原点O与端点Xm之间，其间分为七个有序离散点t₁到t₇。这些结果可以显示在通过图表记录仪57连续转动的纸带上。沿该图y轴方向给出路段上各汽车的各个位置，沿X轴给出各离散点所对应的时间，这样，在时刻t₁，路段上有六辆汽车80，本图可用于确定汽车在该路段上的各种轨迹81。

轨迹82所对应的汽车，在时刻t₁到t₇之间以匀速行驶，如图示其轨迹的斜率是常数。

轨迹85所对应的汽车，在时刻t₅驶入该路段。

轨迹84所对应的汽车，在时刻t₁到t₅间以匀速行驶，t₅后加速行驶，如图所示其轨迹的斜率递增。

轨迹88所对应的汽车在时刻t₃前行驶在该路段上，在时刻t₃离开该路段，以便超过前面的汽车，比如超过对应于轨迹83的汽车，轨迹83表示该汽车在时刻t₃时开始减速。如果用同样方法，同时监视与图4所示的两条交通道相对应的两条路段，则轨迹88在时刻t₃会出现在对应于另一路段的图上，该轨迹与图7所示的轨迹是相接的轨迹86所对应的汽车，从时刻t₃到时刻t₇静止在该路段上，可以看到它在y轴方向上处于恒定的位置。

轨迹87所对应的汽车从时刻t₂与t₃之间某时刻起离开了该路段。

根据以上说明，用本发明的方法，可以连续地监视一段较长路段上的交通状况，并且可以确定与之相关的大量的参数，特别是包括交通密度、汽车的瞬时速度和平均速度、汽车的位置以及其行驶方向的变化，而且不必在公路上安装特殊元件。实施本方法所采用的装置主要是摄象机如黑白摄象机，将其放在立体交叉桥或支撑架上，电子处理装置占据相对较小的空间，而且对于计算机专业的熟练技术人员来说，使用也比较简便。

另外，用上述方法也可以同时分析多条路段上的交通状况，如相互成非零夹角的多条路段之间如高速公路和高速公路的滑行道之间，甚至可用于相互交叉的路段如十字路。

Claims

1、一种用于确定物体(1)如汽车在相对平坦的路段(2)上的轨道的方法，其特征在于：

在平面(19)上形成所述路段的主实影象(4)，平面(19)与所述路段成非零夹角(5)；

将所述主影象分解为许多点(21)；

确定由所述路段上实际测得的一单元长度(30)的大小与其在所述主影象上的影象象的大小之间的关系，所述大小是所述影象覆盖的点数与所述路段上所述单位长度的位置的函数；

确定在所述主影象上的一个第二影象(32)，所述第二影象对应于一纵向参考标记(31)，该标记(31)与所述路段上的所述汽车相关；

根据所述第二影象所覆盖的点数的相互关系，可以确定第二影象的一系列有序的位置(32、33、34)，所述第二影象根据前述关系与所述路段上一恒定长度相对应。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述影象是用聚光透镜光学系统（8）聚焦获得的。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的许多点是光敏点（21）。

4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的许多点分布在一网格图上的网格（23、24）上，该网格图相对一参照系（22）是确定的。

5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的网格是六边形的。

6、根据权利要求1至5中的任何一个权利要求所述的方法，其特征在于，所述第二影象（32）是由至少一个与汽车相关的参考标记（31、60、62）来确定的，所述参考标记相对所述路段形成光学上的反差。

7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述参考标记是一个深色参考标记（60）。

8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述参考标记是所述汽车投射的一部分阴影。

9、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的参考标记是一个浅色参考标记（62）。

10、根据权利要求9所述的方法，其特征在于，该浅色参考标记是由所述汽车的部分车身的反射光构成的。

11、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述参考标记是由深色参考标记和浅色参考标记共同构成的。

12、根据上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述第二影象的一系列有序位置是由所述第二影象覆盖的点数的关系确定的，所述关系是由比较所述点数与某一范围内的点数得到的，该范围内的点数被确定为所述第二影象（32）在所述主影象（4）上的位置的函数。

13、根据上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述第二影象的一系列有序位置是由所述第二影象覆盖的点数的关系确定的，确定的方法可以是以下任一方法，即连续分析法和离散分析法。

14、用于实施上述任一权利要求所述的方法的装置，其特征在于，它包括：一个其靶面（50）是由许多象素组成的摄象机（51），一个用于处理所述摄象机输出信号的信号处理装置（54）和一个其输入（56）与所述处理装置的输出（55）相连的记录仪（57）。