专利名称：基于视频图像的路面距离检测方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及智能交通领域，尤其涉及基于视频图像的路面距离检测方法及装置。
背景技术：
为了掌握路面的交通状况，比如车辆流量、车速、车间距等相关路面信息，可以采用基于地感线圈的车辆检测方法。基于地感线圈的车辆检测方法包括在需要进行车辆检测的地面下埋设用于感应车辆的地感线圈，地感线圈设有驱动单元与检测单元，通常在每条车道上相隔一定距离埋设两个地感线圈；地感线圈的输出信号送至车辆检测器，所述车辆检测器设有中央处理单元，用于进行相应的运算和控制。当车辆行驶至地感线圈上方时， 感应线圈触发检测单元电路，引起地感线圈输出信号的变化，对车辆进行检测，根据同一车辆驶过同一车道前后两个地感线圈的时间，计算出车辆的行驶速度；通过对车辆数量和速度的统计运算，得出车流量和平均车速等交通状况信息。但是，这种方法因为需要埋设地感线圈而对路面损伤较大、维护费用较高，且易受电磁干扰，在实际应用中不适于长期使用。现有技术中还有一种基于图像获取装置视频图像的自动检测系统，通过对图像获取装置获取的视频信号进行处理，使用边缘提取等方法识别车牌号码、车牌颜色、车牌图像等信息。对于进入检测区域的车辆进行检测，计算车辆通过检测区域的速度。采用上述技术方案，需要进行降维处理，即将三维世界坐标系中的图像映射到二维坐标系中。在将三维世界坐标系中的图像映射到二维坐标系中的过程会导致图像中尺寸的误差，致使得到的车速测量结果准确率不高。另外，图像获取装置存在畸变和安装视角的限制，会导致上述技术方案的测试并不能够反映出车辆的实际速度，不能作为测速的有理证据。
发明内容
本发明的实施例提供一种基于视频图像的路面距离检测方法及装置。成本较低、 易维护，且车辆检测的准确率较高。为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案一种基于视频图像的路面距离检测方法，包括根据图像获取装置的内部参数、外部参数计算由图像坐标系到世界坐标系的映射转换方程；根据图像坐标系中待测距离对应的两个端点坐标和所述映射转换方程计算世界坐标系中对应的两点之间的距离；将计算出的世界坐标系中的两点之间的距离乘以误差修正系数。一种基于视频图像的路面距离检测装置，包括第一计算单元，用于根据图像获取装置的内部参数、外部参数计算由图像坐标系到世界坐标系的映射转换方程；
第二计算单元，用于根据图像坐标系中待测距离对应的两个端点坐标和所述映射转换方程计算世界坐标系中对应的两点之间的距离；第三计算单元，用于将计算出的世界坐标系中的两点之间的距离乘以误差修正系数。本发明实施例提供的基于视频图像的路面距离检测方法及装置，通过分析图像获取装置采集到的视频图像，无需其它触发设备，便可实现对车辆的检测，成本较低，且维护较简单，不受电磁干扰，适于长期使用。并将计算出的世界坐标系中的两点之间的距离乘以误差修正系数。减小在将三维世界坐标系中的图像映射到二维坐标系中的过程中产生的图像中尺寸的误差，提高了车辆检测的准确率，使测试反映出车辆的实际速度，作为测速的有理证据。
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明实施例所述基于视频图像的路面距离检测方法的流程图；图2为本发明实施例所述基于视频图像的路面距离检测方法的改进的实施方式的流程图；图3为本发明实施例所述计算误差系数关系图；图4为本发明实施例所述基于视频图像的路面距离检测装置的流程图；图5为本发明实施例所述基于视频图像的路面距离检测装置的改进的实施方式的流程图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明实施例提供了一种基于视频图像的路面距离检测方法，如图1所示，包括以下步骤101、根据图像获取装置的内部参数、外部参数计算由图像坐标系到世界坐标系的映射转换方程。在通过计算获得所述图像获取装置的内部参数、外部参数，以及图像坐标系中像素点的坐标的情况下，根据所述转换方程，能够计算出与所述图像坐标系中像素点对应的世界坐标系中的点的坐标。102、根据图像坐标系中待测的路面距离对应的端点坐标和所述映射转换方程计算世界坐标系中对应的路面距离。首先，根据不同时刻车辆在视频图像中的两个位置对应的两个像素点坐标和所述映射转换方程计算出世界坐标系中对应的两点的坐标，然后，根据计算出的世界坐标系中两点的坐标计算所述世界坐标系中两点间的距离。103、将计算出的世界坐标系中对应的路面距离乘以误差修正系数以得到实际计算处的真实路面距离。本实施例提供的基于视频图像的路面距离检测方法及装置，通过分析图像获取装置采集到的视频图像，无需其它触发设备，便可实现对车辆的检测。成本较低，且维护较简单。并将计算出的世界坐标系中的两点之间的距离乘以误差修正系数，以减小在将三维世界坐标系中的图像映射到二维坐标系中的过程中产生的图像中尺寸的误差，提高了车辆检测的准确率。作为本实施例的优选实施方式，本发明实施例提供另一种基于视频图像的路面距离检测方法，如图2所示，包括以下步骤201、通过视频图像获取装置，比如摄像机采集视频图像。本发明实施例所述路面距离，可以是车辆在一时间段内经过的距离，也可以是路面上任意两点间的距离。下面以车辆在一时间段内经过的距离检测为例，详细说明本发明实施例提供的技术方案。作为本实施例的一种实施方式，所述摄像机获取到的图像可以是车辆的车牌图像，也可以是车辆的整个车身图像。本发明实施例优选获取车辆的车牌图像信息。202、对采集到的所述视频图像进行去除图像噪声的处理，使图像中路面标识线更加清晰可见，降低环境噪声的干扰以及光线变化等情况造成的干扰。203、计算世界坐标系中平行于路面标识线的直线在所述视频图像中的投影直线的消失点坐标、垂直于路面标识线的直线在所述视频图像中的投影直线的消失点坐标和垂直于路面的直线在所述视频图像中的投影直线的消失点坐标。作为本实施例的优选实施方式，首先，本步骤采用了非线性拟合的方法，比如最小二乘法，计算世界坐标系中平行于路面标识线的直线在所述视频图像中的投影直线的消失点坐标、垂直于路面标识线的直线在所述视频图像中的投影直线的消失点坐标和垂直于路面的直线在所述视频图像中的投影直线的消失点坐标。然后，为了降低摄像机安装视角旋转角非零的误差，进行摄像机零旋转角的归一化。通过对于世界坐标系中平行于路面标识线的直线在所述视频图像中的投影直线、 垂直于路面标识线的直线在所述视频图像中的投影直线、垂直于路面的直线在所述视频图像中的投影直线的检测，确定世界坐标系中平行于路面标识线的直线在所述视频图像中的投影直线方向的消失点、垂直于路面标识线的直线在所述视频图像中的投影直线方向的消失点、垂直于路面的直线方向的消失点。设视频图像坐标系内路面标识线的像素点组成直线，方程为y = F(a0, B1) = 0+ ,χ (1)上式中的待定参数有和 ，其中代表路面标识线的截距，B1代表路面标识线的斜率。通过已知拟合直线上面的N个像素点(Xi，yi)，i = 1，2，…，N.，利用最小二乘法估计参数时，要求观测值Yi的误差的平方和最小，等价于Min Ε{α ,αχ) 二 Σ二[兄 + a^f( 2 )
权利要求
1.一种基于视频图像的路面距离检测方法，包括一图像获取装置，其特征在于，还包括根据图像获取装置的内部参数、外部参数计算由图像坐标系到世界坐标系的映射转换方程；根据图像坐标系中待测的路面距离对应的端点坐标和所述映射转换方程计算世界坐标系中对应的路面距离；将计算出的世界坐标系中对应的路面距离乘以误差修正系数以得到实际计算处的真实路面距离。
2.根据权利要求1所述的基于视频图像的路面距离检测方法，其特征在于，在所述根据图像获取装置的内部参数、外部参数计算由图像坐标系到世界坐标系的映射转换方程之前，所述方法还包括计算图像获取装置的内部参数和外部参数，其中，根据图像获取装置的高度以及世界坐标系中平行于路面标识线的直线在所述视频图像中的投影直线的消失点坐标、垂直于路面标识线的直线在所述视频图像中的投影直线的消失点坐标和垂直于路面的直线在所述视频图像中的投影直线的消失点坐标计算图像获取装置的内部参数和外部参数。
3.根据权利要求2所述的基于视频图像的路面距离检测方法，其特征在于，在所述计算图像获取装置的内部参数和外部参数之前，所述方法还包括计算世界坐标系中平行于路面标识线的直线在所述视频图像中的投影直线的消失点坐标、垂直于路面标识线的直线在所述视频图像中的投影直线的消失点坐标和垂直于路面的直线在所述视频图像中的投影直线的消失点坐标。
4.根据权利要求2所述的基于视频图像的路面距离检测方法，其特征在于，在所述计算图像获取装置的内部参数、外部参数之前，所述方法还包括根据同一高度的参照物在至少三个不同位置时，在所述视频图像中对应的像素点的坐标、在所述世界坐标系中对应的点的坐标以及世界坐标系中平行于路面标识线的直线在所述视频图像中的投影直线的消失点坐标、垂直于路面标识线的直线在所述视频图像中的投影直线的消失点坐标和垂直于路面的直线在所述视频图像中的投影直线的消失点坐标计算图像获取装置的高度。
5.根据权利要求1所述的基于视频图像的路面距离检测方法，其特征在于，所述世界坐标系中对应的距离为车辆在预设时间段内驶过的距离，所述方法还包括将世界坐标系中对应的距离除以车辆经过所述世界坐标系中对应的距离所用的时间。
6.根据权利要求1所述的基于视频图像的路面距离检测方法，其特征在于，在所述根据图像获取装置的内部参数、外部参数计算由图像坐标系到世界坐标系的映射转换方程之前，所述方法还包括对采集到的所述视频图像进行去除图像噪声的处理。
7.根据权利要求1所述的基于视频图像的路面距离检测方法，其特征在于，所述根据图像获取装置的内部参数、外部参数计算由图像坐标系到世界坐标系的映射转换方程为Wp = rX (CXM)-1XIp,其中，r为比例系数，Ip为图像坐标系内的像素点的坐标矩阵、 C为图像获取装置的内部参数矩阵，M为图像获取装置的外部参数矩阵，Wp为与图像坐标系内的像素点对应的世界坐标系内点的坐标矩阵。
8.根据权利要求7所述的基于视频图像的路面距离检测方法，其特征在于，所述内部参数的矩阵为
9.根据权利要求3或4所述的基于视频图像的路面距离检测方法，其特征在于，所述计算世界坐标系中平行于路面标识线的直线在所述视频图像中的投影直线的消失点坐标、垂直于路面标识线的直线在所述视频图像中的投影直线的消失点坐标和垂直于路面的直线在所述视频图像中的投影直线的消失点坐标为
10.根据权利要求4所述的基于视频图像的路面距离检测方法，其特征在于，所述根据同一高度的参照物在至少三个不同位置时，在所述视频图像中对应的像素点的坐标、在所述世界坐标系中对应的点的坐标以及世界坐标系中平行于路面标识线的直线在所述视频图像中的投影直线的消失点坐标、垂直于路面标识线的直线在所述视频图像中的投影直线的消失点坐标和垂直于路面的直线在所述视频图像中的投影直线的消失点坐标计算图像获取装置的高度为
11.根据权利要求9所述的基于视频图像的路面距离检测方法，其特征在于，
12.根据权利要求1所述的基于视频图像的路面距离检测方法，其特征在于，所述误差修正系数等于图像获取装置的高度减去车辆的高度再除以所述图像获取装置的高度。
13.一种基于视频图像的路面距离检测装置，包括一图像获取装置，其特征在于，还包括第一计算单元，用于根据图像获取装置的内部参数、外部参数计算由图像坐标系到世界坐标系的映射转换方程；第二计算单元，用于根据图像坐标系中待测距离对应的两个端点坐标和所述映射转换方程计算世界坐标系中对应的两点之间的距离；第三计算单元，用于将计算出的世界坐标系中的两点之间的距离乘以误差修正系数。
14.根据权利要求13所述的基于视频图像的路面距离检测装置，其特征在于，所述基于视频图像的路面距离检测装置还包括第四计算单元，用于根据图像获取装置的高度以及世界坐标系中平行于路面标识线的直线在所述视频图像中的投影直线的消失点坐标、垂直于路面标识线的直线在所述视频图像中的投影直线的消失点坐标和垂直于路面的直线在所述视频图像中的投影直线的消失点坐标计算图像获取装置的内部参数和外部参数。
15.根据权利要求14所述的基于视频图像的路面距离检测装置，其特征在于，所述基于视频图像的路面距离检测装置还包括第五计算单元，用于计算世界坐标系中平行于路面标识线的直线在所述视频图像中的投影直线的消失点坐标、垂直于路面标识线的直线在所述视频图像中的投影直线的消失点坐标和垂直于路面的直线在所述视频图像中的投影直线的消失点坐标。
16.根据权利要求14所述的基于视频图像的路面距离检测装置，其特征在于，所述基于视频图像的路面距离检测装置还包括第六计算单元，用于根据同一高度的参照物在至少三个不同位置时，在所述视频图像中对应的像素点的坐标、在所述世界坐标系中对应的点的坐标以及世界坐标系中平行于路面标识线的直线在所述视频图像中的投影直线的消失点坐标、垂直于路面标识线的直线在所述视频图像中的投影直线的消失点坐标和垂直于路面的直线在所述视频图像中的投影直线的消失点坐标计算图像获取装置的高度。
17.根据权利要求13所述的基于视频图像的路面距离检测装置，其特征在于，所述世界坐标系中的两点之间的距离为车辆在预设时间段内驶过的距离，所述基于视频图像的路面距离检测装置还包括第七计算单元，用于将世界坐标系中的两点之间的距离除以车辆经过所述世界坐标系中的两点之间的距离所用的时间。
18.根据权利要求13所述的基于视频图像的路面距离检测装置，其特征在于，所述基于视频图像的路面距离检测装置还包括处理单元，用于对采集到的视频图像进行去除图像噪声的处理。
全文摘要
本发明实施例公开了一种基于视频图像的路面距离检测方法及装置，涉及智能交通领域，成本较低、易维护，且车辆检测的准确率较高。一种基于视频图像的路面距离检测方法包括根据图像获取装置的内部参数、外部参数计算由图像坐标系到世界坐标系的映射转换方程；根据图像坐标系中待测的路面距离对应的端点坐标和所述映射转换方程计算世界坐标系中对应的路面距离；将计算出的世界坐标系中对应的路面距离乘以误差修正系数以得到实际计算处的真实路面距离。主要应用于视频测距、车距、车速的检查。
文档编号G08G1/01GK102467821SQ20101053640
公开日2012年5月23日 申请日期2010年11月4日 优先权日2010年11月4日
发明者常向魁, 延瑾瑜, 张滨, 晏峰, 温炜, 范云霞, 褚晓玲, 高庆宏 申请人:北京汉王智通科技有限公司