[發(fā)明專利]一種基于單應(yīng)性變換矩陣的分段空間對準(zhǔn)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310013045.8
• 申請日: 2013-01-14
• 公開（公告）號: CN103065323A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 付夢印;靳璐;楊毅;宗民
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 付雷杰;李愛英

1.一種基于單應(yīng)性變換矩陣的分段空間對準(zhǔn)方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：建立攝像機(jī)坐標(biāo)系與毫米波雷達(dá)坐標(biāo)系之間的基于單應(yīng)性變換矩陣的關(guān)系：

定義攝像機(jī)的圖像坐標(biāo)系O′uv，其中O′位于攝像機(jī)成像平面的左上角；u軸與攝像機(jī)掃描行方向平行；v軸垂直于攝像機(jī)掃描行方向；

定義O″″ρθ為毫米波雷達(dá)極坐標(biāo)系，O″″為毫米波雷達(dá)表面的中心；ρ為目標(biāo)與毫米波雷達(dá)間的直線距離；θ為目標(biāo)偏離毫米波雷達(dá)掃描平面中心線的角度，則攝像機(jī)的圖像坐標(biāo)系O′uv與毫米波雷達(dá)極坐標(biāo)系O″″ρθ之間關(guān)系表示為：

uv1=Nρsinθρcosθ1---(7)]]>

其中，N=n11n12n13n21n22n23n31n32n33,]]>定義為單應(yīng)性變換矩陣；

步驟2：確定無人車與標(biāo)定目標(biāo)之間的合適的標(biāo)定距離：

定義O″″X_rY_rZ_r表示毫米波雷達(dá)直角坐標(biāo)系，O″″為毫米波雷達(dá)表面的中心；Y_r軸為毫米波雷達(dá)掃描平面中心線，垂直于毫米波雷達(dá)表面，指向正前方；X_r軸與Y_r垂直，指向右側(cè)；Z_r軸垂直于X_r、Y_r確定的平面，指向上方；

則毫米波雷達(dá)直角坐標(biāo)系和毫米波雷達(dá)極坐標(biāo)系之間的關(guān)系為：

XrYr1=ρsinθρcosθ1---(7)′]]>

標(biāo)定目標(biāo)與無人車的距離在毫米波雷達(dá)直角坐標(biāo)系縱軸Y_r上的投影稱為標(biāo)定距離；在毫米波雷達(dá)的探測范圍內(nèi)，根據(jù)無人車的最大運(yùn)動速度，確定合適的標(biāo)定距離L；將標(biāo)定距離L由近到遠(yuǎn)分為近距范圍L1和遠(yuǎn)距范圍L2，在近距范圍L1內(nèi)，將其均分成m1段，在遠(yuǎn)距范圍L2內(nèi)，將其均分成m2段，且保證L1/m1小于L2/m2；

步驟3：通過無人車中裝載的攝像機(jī)和毫米波雷達(dá)分別采集標(biāo)定目標(biāo)的圖像和數(shù)據(jù)信息：

將標(biāo)定目標(biāo)分別放置在步驟2中將標(biāo)定距離L分成的不同分段處，毫米波雷達(dá)和攝像機(jī)分別對上述m1+m2段距離處的目標(biāo)進(jìn)行探測，在探測時，針對每段距離處的目標(biāo)，將目標(biāo)沿Y_r軸方向均分成m行，再將每一行沿X_r軸方向均分成h小段，控制毫米波雷達(dá)獲取每個小段的坐標(biāo)數(shù)據(jù)(X^M_rk，Y^M_rk)，控制攝像機(jī)拍攝每小段的圖像數(shù)據(jù)f_k^M，其中M＝1,...,(m1+m2)，k＝1,2,...,mh；

步驟4：針對步驟3中攝像機(jī)獲得的每一個分段內(nèi)每一個小段的圖像數(shù)據(jù)f_k^M，分別計算圖像的質(zhì)心坐標(biāo)(u_k^M,v_k^M)；

步驟5：求解表示毫米波雷達(dá)坐標(biāo)系與攝像機(jī)坐標(biāo)系之間關(guān)系的單應(yīng)性空間變換矩陣：

針對整個標(biāo)定距離L中分出的每一段距離獲得的所有小段對應(yīng)的毫米波雷達(dá)坐標(biāo)數(shù)據(jù)(Y^M_rk)和攝像機(jī)的圖像數(shù)據(jù)(u^M_k,v^M_k)組成每個分段內(nèi)對應(yīng)的數(shù)據(jù)集，將每個數(shù)據(jù)集分別代入到式（7）和(7)′中，得到：

u1M···ukM=Xr1MYr1M1·········XrkMYrkM1n11Mn12Mn13M---(8)]]>

v1M···vkM=Xr1MYr1M1·········XrkMYrkM1n21Mn22Mn23M---(9)]]>

和1···1=Xr1MYr1M1·········XrkMYrkM1n31Mn32Mn33M---(10)]]>

定義PM=Xr1MYr1M1·········XrkMYrkM1,]]>NM=n11Mn21Mn31Mn12Mn22Mn32Mn13Mn23Mn33MT,]]>UM=u1M···ukMT,]]>VM=v1M···vkMT,]]>I_k×1＝[1…1]^T，則單應(yīng)性空間變換矩陣N^M的最小二乘解可表示為：NM=N1MTN2MTN3MTT,]]>其中，和分別為：N1M=(PMPMT)-1PMTUM,]]>N2M=(PMPMT)-1PMTVM]]>和N3=(PMPMT)-1PMTIk×1;]]>

步驟6：實現(xiàn)視覺傳感器和毫米波雷達(dá)的空間對準(zhǔn)：

根據(jù)毫米波雷達(dá)掃描的標(biāo)定目標(biāo)的實際距離，判斷該距離在步驟2中哪個分段內(nèi)，在步驟5計算得到的m1+m2個結(jié)果中查找該距離對應(yīng)的單應(yīng)性空間變換矩陣，實現(xiàn)空間對準(zhǔn)。