专利名称：一种实现车辆前照灯照射角度检测的方法、装置及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及车辆前照灯检测领域，特别涉及一种实现车辆前照灯照射角度检测方法、装置及系统。
背景技术：
车辆前照灯的作用是在夜间或其它低能见度的情况下，为车辆驾驶员提供照明，并且防止前照灯对司机和路人造成眩目。为达到上述要求，车辆前照灯设置近光和远光两种工作方式，在前方无来车或不尾随其它车辆时使用远光照明，当车辆交会或尾随其它车辆时使用近光照明。在日常的行驶过程中，由于受到振动作用，使得前照灯偏离原来的安装位置，从而改变光照方向。车辆前照灯光束照射方向不当，已成为影响车辆夜间安全行驶的主要隐患之一。因此，保证正确的前照灯照射方向，能使驾驶员看清前方道路从而避免交通 事故的发生。现有前照灯光束照射方向的照射角度检测方法主要有1)基于屏幕的头灯人工照射角度检测方法。即将前照灯光束投影到预先设置的屏幕上，然后用肉眼观察该光束在屏幕上的位置是否符合标准要求，可测近光和远光。这种方法的特点是设备简单，不需要软件处理系统，但效率较低，而且依赖人的主观判断的程度比较大，照射角度检测结果误差大。因此在大流量的检测线上，很少使用这种照射角度检测方法。2)采用摄像头和专用检测仪设备的照射角度检测方法。通过摄像头拍摄前后两次不同测量位置的汽前照灯光光束在检测仪屏幕板上的两帧照射图像，经计算机识别，找出两图像中的特征点、光形中心或近光明暗边界线的转折点的空间位置，根据两点位置确定一直线的原理，测得前照灯光束照射方位角。该方法具备智能化、自动检测技术水平，但是需要专用检测仪屏幕版辅助设施，进而增加前照灯检测成本。
发明内容
针对目前车辆数目剧增，现有方法需要大量的人工成本、局限于特定的环境、检测设备，难以满足日益增多的车辆前照灯检测的需求，本发明提出了一种实现车辆前照灯照射角度检测的方法、装置及系统，以减少检测过程对环境及人员的要求。本发明提供了一种实现车辆前照灯照射角度检测的方法，该方法具体包括获得车辆前照灯在道路面上的照射图像，所述照射图像的拍摄方向与所述车辆前照灯照射方向相同；利用图像处理算法，检测前照灯光束特征在照射图像中的位置，获得包含前照灯光束特征在照射图像上的坐标的检测结果；利用所述检测结果，根据摄像机成像原理和相机距离道路面高度计算出前照灯光束特征照射在前照灯世界坐标系的道路面上的光点坐标；根据所述光点在前照灯世界坐标系中的坐标计算出前照灯光束方向的水平和/或垂直偏转角度。
一种实现车辆前照灯照射角度检测的装置，该装置具体包括获取单元用于获得车辆前照灯在道路面上的照射图像，所述照射图像的拍摄方向与所述车辆前照灯照射方向相同，将所述照射图像发送至检测单元；检测单元用于利用图像处理算法，检测前照灯光束特征在照射图像中的位置，获得包含前照灯光束特征在照射图像上的坐标的检测结果，将所述检测结果发送至计算单元;计算单元用于利用所述检测结果，根据摄像机成像原理和相机距离道路面高度计算出前照灯光束特征照射在前照灯世界坐标系的道路面上的光点坐标；根据所述光点在前照灯世界坐标系中的坐标计算出前照灯光束方向的水平和/或垂直偏转角度。一种实现车辆前照灯照射角度检测的系统，该系统具体包括
车载前方视角相机用于照射车辆前照灯在道路面上的图像，发送至车辆前照灯照射角度检测装置；车辆前照灯照射角度检测装置用于获得车辆前照灯在道路面上的照射图像，所述照射图像的拍摄方向与所述车辆前照灯照射方向相同，利用图像处理算法，检测前照灯光束特征在照射图像中的位置，获得包含前照灯光束特征在照射图像上的坐标的检测结果；利用所述检测结果，根据摄像机成像原理和相机距离道路面高度计算出前照灯光束特征照射在前照灯世界坐标系的道路面上的光点坐标；根据所述光点在前照灯世界坐标系中的坐标计算出前照灯光束方向的水平和/或垂直偏转角度。可见本发明具有如下有益效果本发明利用车载前方视角相机，在自车行驶过程中或停车时，获得车辆前照灯在道路面上的照射图像，通过图像处理算法，检测图像中的前照灯特征获得包含前照灯光束特征在照射图像上的坐标的检测结果，根据摄像机成像原理和相机距离道路面高度计算出前照灯光束特征照射在前照灯世界坐标系的道路面上的光点坐标；根据所述光点在前照灯世界坐标系中的坐标计算出前照灯光束方向的水平和/或垂直偏转角度，自动完成前照灯照射角度的检测。与现有方法相比，本方法不拘泥于车辆检测站特定的环境和设备要求，能够节约前照灯检测成本，而且，本发明基于图像信息进行前照灯照射方向检测，不依赖于人的主观判断，准确性高，同时节约大量成本，达到智能化、自动化水平，能够满足日益增多的车辆前照灯检测的需求，提高了车辆前照灯检测的准确性。
图I是本发明一种实现车辆前照灯照射角度检测的方法步骤图例；图2是本发明相机坐标系和前照灯世界坐标系图例；图3-1是本发明前照灯光束特征为光心型的检测效果图例；图3-2是本发明前照灯光束特征为拐点型的检测效果图例；图3-3是本发明前照灯光束特征为亮暗边界线型的检测效果图例；图4是本发明前照灯光束特征光心或者拐点在两个坐标系的投影图例；图4-1是本发明前照灯光束方向水平及垂直偏转角度示意图例；图5是本发明前照灯光束特征亮暗边界线在两个坐标系的投影图例；图5-1是本发明前照灯光束方向水平及垂直偏转角度示意图例；
图6是本发明计算前照灯光束特征照射在前照灯世界坐标系的道路面上的光点坐标的步骤图例；图7是本发明照射图像坐标轴与相机坐标系的前图像平面坐标轴图例；图8是本发明一种实现车辆前照灯照射角度检测的装置组成图例；图9是本发明一种实现车辆前照灯照射角度检测的系统组成图例。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式
对本发明实施例作进一步详细的说明。本发明提供了一种实现车辆前照灯照射角度检测的方法，利用车载前方视角相机，在自车行驶过程中或停车时，自动完成前照灯的检测。该方法实现步骤参见图1，具体为·11、获得车辆前照灯在道路面上的照射图像，所述照射图像的拍摄方向与所述车辆前照灯照射方向相同；12、利用图像处理算法，检测前照灯光束特征在照射图像中的位置，获得包含前照灯光束特征在照射图像上的坐标的检测结果；13、利用所述检测结果，根据摄像机成像原理和相机距离道路面高度计算出前照灯光束特征照射在前照灯世界坐标系的道路面上的光点坐标；14、根据所述光点在前照灯世界坐标系中的坐标计算出前照灯光束方向的水平和
/或垂直偏转角度。在本发明具体实施时，该方法可以在满足预先设置的照射角度检测条件时执行多次，以获得多组前照灯光束方向的水平和/或垂直偏转角度，其预先设置的照射角度检测条件具体可以包括按预定时间、预定里程、预定周期和/或预定次数等方式，而且，还可以对所述多组前照灯光束方向的水平和/或垂直偏转角度进行统计处理，计算前照灯光束方向的水平及垂直偏转角度中值，获得前照灯光束方向的平均水平及垂直偏转角度，获得可靠的角度计算范围，最终获得稳定的平均前照灯角度检测结果；由于本发明利用车载前方视角相机获得车辆前照灯在道路面上的照射图像，并且无论是在车辆处于行驶状态还是停止状态都能够获得道路面上的照射图像，可见，本发明所进行的车辆前照灯的照射角度检测无论是车辆处于行驶状态还是停止状态都可按预先设置的照射角度检测条件自动的进行前照灯照射角度检测。需要说明的是，在本发明中对前照灯光束特征进行的车辆前照灯照射角度检测，需要在相机位置建立相机坐标系，在前照灯位置建立世界坐标系，坐标系建立方法参见图2，具体为在相机位置建立相机坐标系，例如0#m-xyz，其中，y轴指向地面，z轴水平向前与相机主光轴重合，为相机坐标系水平纵坐标；在前照灯位置建立世界坐标系，例如Owf-XYZ,其中，Y轴垂直指向地面，Z轴沿车身水平纵向向前，为前照灯世界坐标系水平纵坐标；且相机坐标系的坐标轴与世界坐标系的坐标轴平行，当相机坐标系的坐标轴与世界坐标系的坐标轴不平行时，可利用现有技术进行图像校正，使相机坐标系的坐标轴与世界坐标系的坐标轴平行，因此，其中步骤11，所述获得车辆前照灯在道路面上的照射图像，所述照射图像的拍摄方向，即相机坐标系Z轴方向与车辆前照灯照射方向，即前照灯世界坐标系Z轴方向一致，此步骤还可以包括一个判断所获得的照射图像的拍摄方向与车辆前照灯标准照射方向是否一致的判断步骤，如果方向不一致，则对照射图像进行校正，使之一致。需要说明的是，不同类型前照灯的照射图像具有不同形态，因此可根据预先设置的自车前照灯特征类型，选择相应的图像处理算法进行检测以获得前照灯光束特征在照射图像中的位置这样的检测结果，具体为(一 )前照灯特征类型为光心型 远光灯光束的特征点是照射图像光亮区的几何中心，为光心型，检测效果图参见图3-1，该光心型图像处理算法检测前照灯光束特征在照射图像中的位置具体为采用有限邻域最大值法确定前照灯光束特征光心在照射图像中位置；相应地，前照灯灯光束特征在照射图像上的坐标具体为前照灯光束特征光心在照射图像上的坐标，具体通过光心在照射图像中的位置获得；所述光点具体为前照灯光束特征照射在前照灯世界坐标系的道路面上的光心，例如参见图4中A点。( 二)前照灯特征类型为拐点型近光灯光束的特征是照射图像常常具有拐点特征，为拐点型，检测效果图参见图3-2，该拐点型图像处理算法检测前照灯光束特征在照射图像中的位置具体为通过边缘检测算子得到光束照射图像的边缘点；对这些边缘点进行最小二乘拟合，得出两条边界线；求两条边界线交点确定拐点位置。相应地，前照灯光束特征在照射图像上的坐标具体是前照灯光束特征拐点在照射图像上的坐标，具体通过该拐点在照射图像中的位置获得；所述光点具体为前照灯光束特征照射在前照灯世界坐标系的道路面上的拐点，例如参见图4中A点。(三)前照灯特征类型为亮暗边界线型有时，近光灯光束的拐点特征并不明显，需要检测照射图像的亮暗边界线作为前照灯特征，为亮暗边界线型，检测效果图参见图3-3，该亮暗边界线型图像处理算法检测前照灯光束特征在照射图像中的位置具体为对预先选定的带有亮暗边界线的区域和不含亮暗边界线的区域，进行神经网络学习，得到亮暗边界线分类器；通过亮暗边界线分类器分析照射图像，得到照射图像的亮暗边界线的位置。相应地，前照灯光束特征在照射图像上的坐标具体为从前照灯光束特征亮暗边界线上任意选取的两个点在照射图像上的坐标，具体根据亮暗边界线在照射图像上所在位置的直线方程获得；
所述光点具体为所述从前照灯光束特征亮暗边界线上选取的两个点照射在前照灯世界坐标系的道路面上的两个光点,例如参见图5中B、C两点。由此，针对以上(一)、(二)、(三)种不同的前照灯光束特征，进行车辆前照灯照射角度检测。其中，步骤13所述利用所述检测结果，根据摄像机成像原理和相机距离道路面高度计算出前照灯光束特 征照射在前照灯世界坐标系的道路面上的光点坐标，其计算过程参见图6,具体包括601、利用所述检测结果获得前照灯光束特征在照射图像上的坐标值；在本发明的一个实施中，前照灯光束特征为光心型或者拐点型，所述前照灯光束特征在照射图像上的坐标值具体为前照灯光束特征光心或者拐点在照射图像上的坐标；在本发明的又一实施例中，前照灯光束特征为亮暗边界线型，参见图5，所述前照灯光束特征在照射图像上的坐标值具体为从前照灯光束特征亮暗边界线上任意选取两个点在照射图像上的坐标值，所述两个点在照射图像上的坐标值根据亮暗边界线在照射图像上所在位置的直线方程获得。602、利用所述第一类投影点在相机坐标系前图像平面上的坐标分量=(前照灯光束特征在照射图像上的该坐标轴分量-照射图像中心点该坐标轴分量)X每一像素在相机坐标系前图像平面该坐标轴方向上的物理尺寸，获得所述第一类投影点在相机坐标系前图像平面上的坐标值，所述第一类投影点为前照灯光束特征照射在前照灯世界坐标系道路面上的光点向相机所发出的光线与相机坐标系前图像平面的交点需要说明的是，所述前图像平面是一个虚拟的图像平面，该前图像平面与实际目标位于相机光心的同一侧，到相机光心的距离为相机焦距f，如图5所示，而物体在相机内的成像是在感光成像平面成一个倒立的图像，位于相机光心的一侧，因为前图像平面上的目标成像与实际目标方向一致，在本发明中，为了便于描述和理解，采用前图像平面进行坐标计算；在本发明的一个实施中，假设前照灯光束特征为光心型或者拐点型，参见图4，前照灯光束特征光心或者拐点照射在前照灯世界坐标系的道路面上的光点为A点，A点向相机所发出的光线与相机坐标系的前图像平面上的交点为A' , k'为第一类投影点，根据摄像机成像原理，前照灯光束特征光心或者拐点A'在照射图像上的坐标值只表示在照射图像中的位置，而不是相机坐标系中的物理单位的坐标，所以需要把照射图像中的坐标转换为相机坐标系的物理单位的坐标，所述物理单位的坐标通常以毫米为单位，那么所述第一类投影点A'在相机坐标系前图像平面上的坐标值具体通过以下计算得到假设，前照灯光束特征光心或者拐点A'在照射图像中的坐标为(U，V)，此坐标在本发明具体实施时，是通过图像处理算法得到的具体坐标值；假设，照射图像中的某点(u0，v0)为相机坐标系的前图像平面的原点(0，0)，在本发明具体实施时，照射图像的中心点就是相机坐标系的前图像平面的原点，照射图像的中心点是可以得到的具体坐标值；并且，根据摄像机成像原理，照射图像坐标轴与相机坐标系的前图像平面的坐标轴平行，且方向相同，参见图7;假设，每一像素在相机坐标系的前图像平面的X方向上的物理尺寸为dx，在y方向上的物理尺寸为dy，此物理尺寸在本发明具体实施时，由具体相机属性决定，是可以得到的具体尺寸；根据摄像机成像原理，结合以上条件，前照灯光束特征光心或者拐点A'在照射图像中的坐标(u，v)与第一类投影点A'在相机坐标系的前图像平面上的坐标(X' ,1')有
如下转换关系
( /
X
权利要求
1.一种实现车辆前照灯照射角度检测的方法，其特征在于，该方法具体包括 获得车辆前照灯在道路面上的照射图像，所述照射图像的拍摄方向与所述车辆前照灯照射方向相同； 利用图像处理算法，检测前照灯光束特征在照射图像中的位置，获得包含前照灯光束特征在照射图像上的坐标的检测结果； 利用所述检测结果，根据摄像机成像原理和相机距离道路面高度计算出前照灯光束特征照射在前照灯世界坐标系的道路面上的光点坐标； 根据所述光点在前照灯世界坐标系中的坐标计算出前照灯光束方向的水平和/或垂直偏转角度。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述方法在满足预先设置的照射角度检测条件时执行多次以获得多组前照灯光束方向的水平和/或垂直偏转角度，且还包括 对所述多组前照灯光束方向的水平和/或垂直偏转角度进行统计处理，获得最终的前照灯光束方向的水平和/或垂直偏转角度。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述前照灯光束特征具体为光心型； 所述利用图像处理算法，检测前照灯光束特征在照射图像中的位置具体是采用有限邻域最大值法确定光心在照射图像中的位置； 所述前照所述灯光束特征在照射图像上的坐标具体是前照灯光束特征光心在照射图像上的坐标，具体通过所述光心在照射图像中的位置获得； 所述光点具体是前照灯光束特征照射在前照灯世界坐标系的道路面上的光心。
4.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述前照灯光束特征具体为拐点型； 所述利用图像处理算法，检测前照灯光束特征在照射图像中的位置具体是通过边缘检测算子得到光束照射图像的边缘点；对这些边缘点进行最小二乘拟合，得出两条边界线；求两条边界线交点确定拐点在照射图像中的位置； 所述前照所述灯光束特征在照射图像上的坐标具体是前照灯光束特征拐点在照射图像上的坐标，具体通过所述拐点在照射图像中的位置获得； 所述光点具体是前照灯光束特征照射在前照灯世界坐标系的道路面上的拐点。
5.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述前照灯光束特征具体为亮暗边界线型； 所述利用图像处理算法，检测前照灯光束特征在照射图像中的位置具体是对预先选定的带有亮暗边界线的区域和不含亮暗边界线的区域，进行神经网络学习，得到亮暗边界线分类器；通过亮暗边界线分类器分析照射图像，得到前照灯光束特征亮暗边界线在照射图像中的位置的直线方程； 所述前照灯光束特征在照射图像上的坐标具体是前照灯光束特征亮暗边界线上任意选取的两个点在照射图像上的坐标，具体通过亮暗边界线在照射图像中所在位置的直线方程获得； 所述光点具体是所述前照灯光束特征亮暗边界线上任意选取的两个点照射在前照灯世界坐标系的道路面上的两个光点。
6.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述利用所述检测结果，根据摄像机成像原理和相机距离道路面高度计算出前照灯光束特征照射在前照灯世界坐标系的道路面上的光点坐标，其计算具体过程包括； 利用所述检测结果获得前照灯光束特征在照射图像上的坐标值； 利用所述第一类投影点在相机坐标系前图像平面上的坐标分量=(前照灯光束特征在照射图像上的该坐标 轴分量-照射图像中心点该坐标轴分量)X每一像素在相机坐标系前图像平面该坐标轴方向上的物理尺寸，获 得所述第一类投影点在相机坐标系前图像平面上的坐标值，所述第一类投影点为前照灯光束特征照射在前照灯世界坐标系道路面上的光点向相机所发出的光线与相机坐标系前图像平面的交点 利用相机焦距，转换所述第一类投影点在相机坐标系前图像平面上的坐标为相机坐标系齐次坐标； 将所述第一类投影点在相机坐标系的齐次坐标乘以相机坐标系距离道路面高度与所述齐次坐标纵轴坐标值的比例因子倍数得到所述光点在相机坐标系中的坐标； 由所述光点在相机坐标系中的坐标与前照灯世界坐标系原点在相机坐标系中的坐标的差值，计算出所述光点在前照灯世界坐标系中的坐标。
7.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述根据所述光点在前照灯世界坐标系中的坐标计算出前照灯光束方向的水平和/或垂直偏转角度，其所述计算具体包括 确定前照灯光束方向具体是从前照灯世界坐标系原点至所述光点连线方向； 确定前照灯光束方向水平偏转角和/或确定前照灯光束方向垂直偏转角，所述前照灯光束方向水平偏转角具体是所述前照灯世界坐标系原点与所述光点连线在水平面上投影线与前照灯世界坐标系水平纵坐标轴之间的夹角；所述前照灯光束方向垂直偏转角具体是所述前照灯世界坐标系原点与所述光点连线与所述连线在水平面上投影线之间的交角； 根据勾股定理和直角三角形边角关系，由所述光点在前照灯世界坐标系中的坐标计算得到前照灯光束方向水平和/或垂直偏转角度。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述光点在前照灯世界坐标系中的坐标计算出前照灯光束方向的水平和/或垂直偏转角度，其所述计算具体过程包括 确定前照灯光束方向具体是前照灯主光轴方向，所述前照灯主光轴从世界坐标系原点出发，与所述两个光点所在亮暗边界线相交，其交点为确定前照灯主光轴方向向量的点；确定前照灯光束方向水平偏转角和/或确定前照灯光束方向垂直偏转角，所述前照灯光束方向水平偏转角具体为所述前照灯主光轴在水平面上投影线与前照灯世界坐标系水平纵坐标轴之间的夹角；所述前照灯光束方向垂直偏转角具体为所述前照灯主光轴在水平面上投影线与所述前照灯主光轴之间的夹角； 根据勾股定理和直角三角形边角关系，由所述确定前照灯主光轴方向向量的点的坐标计算得到前照灯光束方向水平和/或垂直偏转角度； 其中，所述确定前照灯主光轴方向向量的点的坐标通过以下两个方程式获得 所述确定前照灯主光轴方向向量的点的坐标等于所述两个光点在前照灯世界坐标系中的坐标组成的含有参数变量的方程式； 所述确定前照灯主光轴方向向量，与两个平面交线的方向向量组成点乘结果为零的方程式；其中，所述两个平面分别为前照灯世界坐标系水平面、前照灯世界坐标系原点及所述两个光点构成的平面。
9.一种实现车辆前照灯照射角度检测的装置，其特征在于，该装置具体包括获取单元用于获得车辆前照灯在道路面上的照射图像，所述照射图像的拍摄方向与所述车辆前照灯照射方向相同，将所述照射图像发送至检测单元； 检测单元用于利用图像处理算法，检测前照灯光束特征在照射图像中的位置，获得包含前照灯光束特征在照射图像上的坐标的检测结果，将所述检测结果发送至计算单元；计算单元用于利用所述检测结果，根据摄像机成像原理和相机距离道路面高度计算出前照灯光束特征照射在前照灯世界坐标系的道路面上的光点坐标；根据所述光点在前照灯世界坐标系中的坐标计算出前照灯光束方向的水平和/或垂直偏转角度。
10.一种实现车辆前照灯照射角度检测的系统，其特征在于，该系统具体包括 车载前方视角相机用于照射车辆前照灯在道路面上的图像，发送至车辆前照灯照射角度检测装置； 车辆前照灯照射角度检测装置用于获得车辆前照灯在道路面上的照射图像，所述照射图像的拍摄方向与所述车辆前照灯照射方向相同，利用图像处理算法，检测前照灯光束特征在照射图像中的位置，获得包含前照灯光束特征在照射图像上的坐标的检测结果；利用所述检测结果，根据摄像机成像原理和相机距离道路面高度计算出前照灯光束特征照射在前照灯世界坐标系的道路面上的光点坐标；根据所述光点在前照灯世界坐标系中的坐标计算出前照灯光束方向的水平和/或垂直偏转角度。
全文摘要
本发明公开了一种实现车辆前照灯照射角度检测的方法、装置及系统，本发明利用车载前方视角相机，在自车行驶过程中或停车时，获得车辆前照灯在道路面上的照射图像，通过图像处理算法，获得包含前照灯光束特征在照射图像上的坐标的检测结果，利用检测结果计算出前照灯光束特征照射在前照灯世界坐标系的道路面上的光点的坐标，得到前照灯光束照射方向的偏转角度，自动完成前照灯的照射角度检测。与现有方法相比，本方法不拘泥于车辆检测站特定的环境和设备要求，而且同人工肉眼调节的方法相比，提高了车辆前照灯照射角度检测的准确性。
文档编号G01C1/00GK102735208SQ20121020620
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月20日 优先权日2012年6月20日
发明者于红绯, 刘威, 袁淮 申请人:东软集团股份有限公司