[發明專利]一種基于立式標靶的車載單目攝像頭測距測高裝置

有效

• 申請號: 201310446303.1
• 申請日: 2013-09-26
• 公開（公告）號: CN103499337A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發明（設計）人: 徐國艷;高峰;丁能根;邢龍龍;黃小云
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01C3/00
• 分類號: G01C3/00
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 官漢增

技術領域

本發明屬于智能車輛環境感知技術領域，涉及一種基于機器視覺的測距及測高技術，具體涉及一種基于立式標靶的車載單目攝像頭針對障礙物、橋洞或涵洞等的測距及測高裝置。

背景技術

機器視覺作為智能車輛環境感知系統中最重要的組成部分，為決策層提供大量必要的環境信息，具有十分重要的意義。其中，物體的測距與測高分別為無人駕駛或輔助駕駛系統的防撞預警、路徑規劃及車輛分類、涵洞橋梁通過性檢測等提供重要的參數信息。目前，智能車的機器視覺測量一般分為雙目視覺測量和單目視覺測量兩類。雙目視覺測距容易受到特征點誤匹配的影響，且計算量大，難以滿足實時性要求。而單目視覺測距結構簡單，運算速度快，具有廣泛的應用前景。

目前單目視覺系統通常采用對應點標定法（簡稱標定法）來獲取待測物體的深度信息。傳統對應點標定法通常是利用棋盤格標定板標定出攝像頭內外部參數后，結合投影模型，求解出圖像坐標系與實際成像角度之間的對應關系，從而得到距離信息。此過程需要多次采集不同方位的標定板圖像，并且需要精確記錄每個點在世界坐標系和圖像坐標系中的對應坐標，而且標定結果的誤差會在測量中放大數十甚至上百倍，總體來說，過程復雜且誤差較大。另外，通過在路面擺放參照物并測量其距離，利用參照物距離和像素數據直接擬合出距離與圖像坐標間的數學模型，從而實現測距。此方法在工程中也有廣泛的運用，但需要較大的場地，精度會受到實際測量和數據擬合誤差的影響。而對于測高，主要還是運用激光雷達等傳感器進行測量，僅用單目實時測高還鮮有發表的研究成果。

發明內容

本發明針對現有車載單目攝像頭測距時測量精度達不到智能車輛系統要求，以及僅僅依靠一個攝像頭測量高度的技術問題，提出了一種基于立式標靶的車載單目攝像頭測距測高裝置，以適用現有智能車輛，提高測量精度。

本發明的一種基于立式標靶的車載單目攝像頭測距測高裝置，包括：建立映射關系單元、檢測單元及計算單元。建立映射關系單元是根據采集到的一次標靶圖像，智能檢測標靶圖像中標靶角點的坐標，通過定位參考點對各角點定位，最終得到標靶圖像縱坐標與實際成像角度之間的映射關系。檢測單元為測距測高提供圖像參數信息，所述圖像參數信息包括被測物體底端與頂端的縱向坐標值。計算單元利用標靶圖像縱坐標與實際成像角度之間的映射關系以及被測物體的圖像參數信息，計算被測物體的距離及高度。

建立映射關系單元包括：安裝測量模塊、角點集檢測模塊、角點集定位模塊及分段直線擬合模塊。安裝測量模塊用于測量攝像頭安裝高度h及其與立式標靶靶面的水平距離D，采集標靶圖像，并對所述標靶圖像進行二值化處理。所述攝像頭安裝于車體上，立式標靶放置于攝像頭正前方，且盡量靠近攝像頭的同時，需滿足采集的標靶圖像中必須包含最低的角點，且角點總數大于8個；角點集檢測模塊是通過模板匹配法檢測角點的候選點集CC后，經過聚類、篩選等操作得到初始角點集A。角點集定位模塊是通過模板匹配法檢測定位參考點后，結合初始角點集A將標靶角點補充完整得到角點集并對其各角點定位，最后運用openCV中的cvFindCornerSubPix()函數，以角點集為基準將其更新為亞像素級角點集。分段直線擬合模塊利用各角點的垂直高度、測量攝像頭安裝高度h及其與立式標靶靶面的水平距離D計算各角點的實際成像角度，結合亞像素級角點集的縱坐標，采用分段直線模型擬合相鄰映射點，得到實際成像角度與圖像縱坐標的映射關系。

計算單元包括：距離計算模塊和高度計算模塊。距離計算模塊將檢測單元檢測到的被測物體底端縱向坐標值作為輸入代入建立映射關系單元得到的實際成像角度與圖像縱坐標的映射關系計算出底端對應成像角度，再將攝像頭安裝高度h與底端對應成像角度作為輸入，得到被測物體距離值。高度計算模塊是在系統需要測高時，將檢測單元檢測到的被測物體頂端縱向坐標值作為輸入，代入建立映射關系單元得到的實際成像角度與圖像縱坐標的映射關系，計算出頂端對應成像角度，再將攝像頭安裝高度h、被測物體距離值及被測物體頂端對應成像角度作為輸入，得到高度值。

本發明一種基于立式標靶的車載單目攝像頭測距測高裝置的優點在于：

（1）本發明不需要標定攝像頭的內外部參數，也不需要多次放置標定板或參照物，降低了出現誤差的可能性，既減少了操作環節，又提高了測量精度；

（2）設計了感興趣區和四個模板，以模板匹配的方式檢測立式標靶中的角點及定位參考點，與傳統的角點檢測相比，能夠更準確地檢測出標靶中的目標點，從而減少了后續聚類篩選的計算量；