[發明專利]一種基于路側PTZ相機的高速公路路面圖像拼接方法

有效

• 申請號: 201911107925.5
• 申請日: 2019-11-13
• 公開（公告）號: CN110969576B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 邵春艷
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G06T3/40
• 分類號: G06T3/40;G06T7/38;G06T7/73
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 蔡彭君

1.一種基于路側PTZ相機的高速公路路面圖像拼接方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1：采集不同的太陽光輻照度下路側PTZ相機生成的高速公路的路面圖像，計算路面圖像中像素的期望灰度值，對所述期望灰度值進行校正得到路面圖像中像素的實際灰度值；

步驟S2：根據完成校正的路面圖像，計算不同視距、不同相機姿態下路面圖像的像素精度，并計算與攝像機的與感光板平面平行的虛擬投影面的長距與寬距；

步驟S3：基于PTZ相機的掃描預置位，根據所述虛擬投影面與實際的成像區域平面間對應邊長的變換關系，對相應高速公路路段進行完整路面的路面掃描；

步驟S4：根據掃描生成的完整路面的圖像序列，進行路面圖像拼接，實現單個PTZ相機對應路段的全幅高速公路路面圖像無縫拼接；

步驟S5：將相應高速公路路段上所有PTZ相機的完成圖像無縫拼接的全幅高速公路路面圖像再次拼接，得到該高速公路的全路段圖像；

所述步驟S2中像素精度的計算過程具體包括：

步驟S201：對獲取的不同視距下的包含車道線的高速公路的路面圖像進行直段線提取并細化，得到直線段集；

步驟S202：根據相機成像原理，建立相機姿態參數{α_i，β_i，γ_i}、相機視距參數、圖像上直線段像素長度以及對應實際直線段長度間的對應方程，所述對應方程具體如下：

其中，{α_i，β_i，γ_i}分別代表相機進行路面掃描時沿車道方向與立柱間夾角、相機相對光軸的旋轉角以及沿車道面垂直方向與立柱間夾角，f為進行高速公路路面圖像采集時PTZ相機的焦距，d_i為相機視距參數，l_ij為路面圖像上直線段l_i的像素長度，ol_ij為l_ij對應線段到圖像中心像素的像素長度，w為直線段l_i對應實際長度，s_ij為感光板平行平面的中心位置距離路面的物理距離，w_i為路面圖像對應的相機姿態角為{α_i，β_i，γ_i}時路面圖像上的水平方向線段的傾斜角，h為PTZ相機距離實際路面的高度；

步驟S203：根據所述步驟S201中得到直線段集進行計算，得到路面圖像的像素精度，計算公式具體如下：

其中，ap_i為路面圖像的像素精度，m為直線段集中直線段的數量；

所述傾斜角w_i具體為：

其中，與分別為路側PTZ相機在不同視距下，相機姿態參數中β＝0和γ＝0時生成的虛擬投影面的長距與寬距；

所述步驟S3具體如下：

步驟S301：根據路側PTZ相機掃描高速公路的初始位置給出的位置距離信息，調整路側PTZ相機的預置位對應的相機姿態參數，使所述預置位處于成像平面的中心處，調整后的相機姿態參數具體如下：

β₁＝0

其中，S_h為沿車道線方向初始位置距離路側PTZ相機所在立柱的距離，S_v為沿車道垂直方向初始位置距離路側PTZ相機所在立柱的距離；

步驟S302：根據調整后的相機姿態參數{α₁，β₁，γ₁}，計算路側PTZ相機的初始掃描區域的視場區域面積，具體計算公式如下：

其中，和分別為路側PTZ相機在不同視距下，相機姿態參數為{α₁，β₁，γ₁}時生成的虛擬投影面的長距與寬距；

步驟S303：路側PTZ相機沿車道垂直方向依次掃描路面，相機姿態參數γ_j根據掃描情況實時變化，所述相機姿態參數γ_j滿足轉動約束條件如下所示：

其中，γ_j為路側PTZ相機進行路面掃描時沿車道面垂直方向與立柱間夾角；

當γ_j+1滿足第一停止條件時路側PTZ相機停止掃描，具體第一停止條件如下：

其中，L_h為當前高速公路路面寬度；

步驟S304：路側PTZ相機沿車道方向依次掃描路面，相機姿態參數α_i根據掃描情況實時變化，所述相機姿態參數α_i滿足轉動約束條件如下所示：

其中，α_i為路側PTZ相機進行路面掃描時沿車道方向掃描時與立柱間夾角；

步驟S305：路側PTZ相機沿與所述步驟S303相反的車道垂直方向依次掃描路面，相機姿態參數γ_j根據掃描情況實時變化，所述相機姿態參數γ_j轉動約束條件同步驟S303；

步驟S306：判斷α_i是否滿足第二停止條件，若否將重新執行步驟S303-S305；若是則生成對應高速公路的路面掃描結果的圖像序列，所述第二停止條件具體為：

其中，L_v為當前高速公路路段上路側PTZ相機的安裝間距。