[發明專利]一種單目攝像頭平面角度的測量方法和系統

在審

• 申請號: 201510012334.5
• 申請日: 2015-01-12
• 公開（公告）號: CN104613901A
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發明（設計）人: 張長隆;李勇
• 申請（專利權）人: 張長隆;李洪
• 主分類號: G01B11/26
• 分類號: G01B11/26
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明涉及一種角度測量方法，尤其涉及一種單目攝像頭平面角度的測量方法和系統。

背景技術

近年來交通事故總量和所造成的人員傷亡與財產損失呈上升趨勢。重現交通事故的發生過程，對事故成因分析和快速、公正的裁定事故責任具有重要意義。事故發生后，在事故現場留下一些事故信息，事故再現就是通過分析這些信息判斷事故時如何發生的。

隨著機動車輛和非機動車輛不斷增加，在給人們帶來便利的同時，也給道路交通安全帶來巨大的隱患。在一場交通事故中，交警要對事故現場進行快速勘測，以防止重大交通堵塞和次生事故。針對國內的交通警察進行交通事故現場勘測時主要是以人工借以皮尺測量，輔助以人眼觀察和估計，這種方法容易造成漏測、誤測、測量過程繁瑣、計算復雜以及前人攝影測量技術也只能解決測量兩點之間距離的問題。本發明是面向交通管理人員而設計的一款能夠在交通事故現場采集場景圖像，并對現場待測量數據在圖像上進行快速測量角度的一種方法和系統，通過在采集圖像上標注需要測量的角度，快速的輸出待測物體的實際角度。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提出一種用單目攝像頭測量平面角度的便攜式交通事故現場快速測量的方法和系統，其設計合理、智能化程度高、功能完備且使用效果好，本發明的基本原理是通過便攜式設備的CCD相機獲取一張圖像，利用便攜式系統內嵌的軟件，在圖像中的角度上選取三個點，系統自動計算出平面角度，從而能達到快速精確且操作簡單的測量平面角度。從而為交警對事故現場進行測量提供可靠的依據。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種單目攝像頭平面角度測量方法，包括以下步驟：

第一步：CCD攝像機的標定

利用平面棋盤標定物對相機進行標定。用便攜式設備上的相機從不同角度拍攝帶有標定板的圖像，系統自動提取圖像中標定板上的角點，同時利用系統中已經設定好的標定板尺寸，計算出相機的內參矩陣。內參矩陣是相機鏡頭的特征參數，一旦相機標定完成，如果不再變焦，則相機的內參矩陣不再變化；

第二步：外參求解

將標定板放置在交通事故現場的輪胎剎車痕跡附近，用便攜式設備上的相機獲取一張事故現場圖。通過實際標定板中角點位置和系統自動搜索到圖像中角點的位置關系，可以計算出圖像與空間的關系矩陣，也就是外參；

第三步：空間點重建

選取圖像中的任意點，系統可以自動根據內參和外參重建出點在實際空間中的坐標；

第四步：計算平面角度

測量平面角度模型如圖1所示，∠AOB為所需要測量的角度。首先在圖片上選出夾角上的三點A、O、B，然后進行空間重建。重建完成后，分別求出AO、BO、AB三段距離。根據求得三點所在空間的位置和距離，利用幾何知識中的余弦定理可以計算出：

∠AOB=????????????????????????????????????????????????，計算出來的∠AOB為弧度，再利用弧度角度的轉換關系，∠AOB*180.0/3.141592653，可以計算出角度。另外，通過選取三點，可以計算出以此三點為頂點的三角形的任意參數，本系統只輸出其中一個參數即∠AOB。

本系統的內外參數求解和目標角度的求解都是通過內嵌在便攜式設備上軟件并加以人工選取角度上的點來實現，操作簡單，測量精確。

一種單目攝像頭平面角度的測量方法和系統，包括用來對相機進行標定的平面棋盤標定物，用來采集實驗過程中車輛輪胎痕跡及不同角度拍攝帶有標定板圖像的便攜式設備，還包括角點識別模塊、相機標定模塊、空間點重建模塊以及平面角度測量模塊。

所述的角點識別模塊，用于自動提取便攜式設備上的攝像頭從不同角度拍攝的帶有標定板圖像的角點。

所述的相機標定模塊，用于便攜式攝像頭采集到的圖像，通過角點識別模塊，得到圖像中標定物角點在圖像坐標中的位置，然后通過內外參數求解模塊計算出相機的內外參數。

所述的空間點重建模塊，用于根據求解到的內外參數求出圖像中的點對應的空間點的位置。

所述的距離測量模塊及路面痕跡測量模塊，在顯示的待測角度上選取三個點，其中第二個點是角的頂點，其他兩點分別是角兩條邊上的點。根據三個點計算出三條邊的距離，然后根據余玄定理算出角度。

本發明所達到的有益效果是：本發明在現有利用攝像頭測距離技術基礎之上，設計了一種簡單、便攜式的測量平面角度的系統。這種系統在使用之中更加便捷，且操作簡單，能為交警處理交通事故提供更大的方便。