[發明專利]一種車輛與障礙物相對位置自動獲取方法

有效

• 申請號: 202110487005.1
• 申請日: 2021-05-03
• 公開（公告）號: CN113096187B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 周奎;丁松;付勇智;張友兵;楊亞會;張宇豐;劉瀚文;趙毅
• 申請（專利權）人: 湖北汽車工業學院
• 主分類號: G06T7/73
• 分類號: G06T7/73;G06T7/13;G06T7/194;G06T7/174;G06T7/80;G01S7/497
• 代理公司: 北京融智邦達知識產權代理事務所(普通合伙) 11885
• 代理人: 高玉成

1.一種車輛與障礙物相對位置自動獲取方法，其特征在于，在車載激光雷達標定場正中間位置的上方設置用于獲取標定場內狀態的攝像頭，在標定場場地兩個對角處分別布置球體特征標定物，然后檢測出標定場內的球體特征標定物的球心的世界坐標，并檢測待獲取標定車輛外輪廓，接著計算出車輛外輪廓的外接矩形并獲取該外接矩形正中心的世界坐標，再以車輛外輪廓的外接矩形的正中心為車體坐標系原點，將車體坐標系的X軸、Y軸設置為分別與車輛外輪廓的外接矩形的兩條邊平行，再通過車體坐標系與世界坐標系的旋轉平移轉系，最終計算出球體特征標定物的球心在車體坐標系中的坐標；

具體包括以下步驟：

(1)在車輛車載激光雷達標定場地的兩個對角處各布置一組球體特征標定物，且每組球體特征標定物是由呈正三角形分布的三個表面為高啞光的球體構成；

(2)將攝像頭置于車載激光雷達標定場地的正中間上方，攝像頭的高度需保證其擁有完整、清晰的標定場地的視野，并使攝像頭成像平面與標定場地的平面保持水平，再將車輛停放于標定場地正中間區域內且保證車頭航向角在0°-180°之間；

(3)對置于車輛車載激光雷達標定場地正中間上方的攝像頭的內參矩陣及外參矩陣進行標定，并將攝像頭的內、外參矩陣存儲于標定運算計算機中；

(4)載入并保存一張標定車輛未進入標定場地時的圖像并對該圖像進行灰度化處理，對得到的灰度圖進行高斯濾波與平滑處理，然后檢測經高斯濾波與平滑處理后的圖像中的圓，提取出圓心坐標即球心在二維像素坐標系下的坐標，接著將球心在二維像素坐標系下的坐標轉換到世界坐標系下，得出球心在世界坐標系下的坐標并存儲于標定計算機中；

(5)載入待標定車輛未進入標定場時的圖像獲取球體球心的世界坐標的同時，通過混合高斯模型對經上述步驟(4)中高斯濾波與平滑處理后的圖像進行背景建模并存儲建模結果，即背景圖像；

(6)在保證車頭航向角在0°-180°內的前提下，將車輛以任意位姿停放在標定場內，獲取并載入待標定車輛進入標定場后的當前景幀圖像；

(7)獲取并載入車輛停放在標定場內的當前景幀圖像P_vehicle，再將當前景幀圖像P_vehicle進行高斯濾波處理后與預先存儲于標定計算機中的背景幀圖像P_empty作為輸入，使用背景差分法對圖像進行處理，計算出與背景偏離超過一定閾值的像素區域作為待標定車輛在圖像中的所在區域，獲取一張僅包含待標定車輛的前景像素圖；

(8)對上述步驟(7)中所獲得的前景像素圖進行二值化和高斯濾波與平滑處理，然后檢測待獲取標定車輛的外輪廓信息，提取車輛外輪廓中處于最外圍的兩個對角點并獲取其在像素坐標系下的坐標，以這兩個對角點構造待標定車輛外輪廓的外接矩形；

(9)以上述步驟(8)中構造的外接矩形的幾何中心點為車體坐標系的原點，將車體坐標系的原點設置在高于地面且能保證攝像頭具有覆蓋整個標定場地的清晰視野的平面上，從車體坐標系的原點分別向外接矩形的兩條邊作垂線，獲取垂線與外接矩形的邊的交點在圖像坐標系中的坐標；

(10)通過像素坐標系下和世界坐標系下的坐標轉換公式分別計算得到上述步驟(9)中車體坐標系的原點、垂線與外接矩形的邊的交點在世界坐標系中的坐標，再計算出車體此時的航向角；

(11)最后計算出球體特征標定物的球心在車體坐標系下的坐標；

所述步驟(10)計算車體此時航向角θ的計算公式為：

此時各個球體的球心在車體坐標系下的坐標計算公式為：

其中，(x,y)為球心在二維世界坐標系下的坐標，則該球心在車體坐標系下的坐標為(x',y',r-k)，r為球體半徑，k為車體坐標系XY平面距離地面的距離，r-k為球心在車體坐標系中Z軸上的坐標。

2.如權利要求1所述的車輛與障礙物相對位置自動獲取方法，其特征在于：所述步驟(1)中每個球體的半徑為0.6m，每組球體特征標定物中相鄰球體的球心之間距離為2.2m，將每組球體特征標定物的正中心置于車體坐標系原點8-10m的距離處。