一種基于雙目立體視覺的車輛幾何尺寸的測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種基于雙目立體視覺的車輛幾何尺寸的測量方法，屬于機器視覺應 用中的視覺檢測技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 伴隨著計算機技術(shù)、通訊技術(shù)的發(fā)展，自動化信息處理能力和水平不斷提高，作為 信息來源的自動監(jiān)測、識別技術(shù)，計算機視覺技術(shù)越來越受到人們的重視。而且，隨著我國 經(jīng)濟的日益提高，國內(nèi)高速公路、城市道路、停車場建設(shè)越來越多，對交通控制、安全管理的 要求也日益提高。智能交通系統(tǒng)，簡稱ITS(Intelligent Traffic System)已成為交通管理 領(lǐng)域的主要方向，而車輛的幾何尺寸測量是汽車運行安全監(jiān)測的重要內(nèi)容，也是安全行駛 的重要保障。
[0003] 雙目立體視覺技術(shù)是計算機視覺的一種重要形式，其基于視差原理并利用不同位 置的兩個攝像機對同一場景進行拍攝，通過雙目標定及匹配技術(shù)，獲取場景中的目標信息。 雙目視覺測量方法具有效率高、精度準確、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本低等優(yōu)點，適用于非接觸性 的產(chǎn)品檢測。基于雙目立體視覺的測距技術(shù)是測量車輛的幾何尺寸參數(shù)的一種有效測量方 法。
[0004] 傳統(tǒng)的汽車尺寸參數(shù)測量技術(shù)是基于人工手動接觸性測量，或采用光電對管陣列 進行測量。運些測量方法普遍存在測量時間長、精度低的缺點，不適用快速精確檢測的需 要。
[0005] 傳統(tǒng)的雙目立體視覺尺寸測量技術(shù)是獲取物體的單一側(cè)面圖像信息，根據(jù)物體側(cè) 面圖像信息獲取深度信息。但對于車輛等大尺寸的物體，側(cè)面圖像信息存在嚴重的崎變，而 且復雜的外在環(huán)境給圖像匹配帶來非常大的困難，部分情況下會找不到定標點，無法獲取 測量結(jié)果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于雙目立體視覺的車輛幾何尺寸的測 量方法;提出了采用多組攝像機從車輛多個方向獲取正向車輛圖像信息，并結(jié)合雙目立體 視覺技術(shù)進行車輛幾何尺寸測量的方法。運種方法解決了傳統(tǒng)雙目視覺產(chǎn)生的崎變問題， 實現(xiàn)了車輛幾何參數(shù)的自動化非接觸式測量，同時提高了測量精度。
[0007] 術(shù)語解釋
[000引1、雙目立體匹配，是指根據(jù)所選特征的計算，建立特征間的對應關(guān)系，將同一個空 間物理點在不同圖像中的像點對應起來。
[0009] 2、灰度區(qū)域立體匹配技術(shù)，是指利用鄰域窗口的特征，W像素點灰度差的絕對值 和作為判斷依據(jù)，實現(xiàn)像素點匹配，得到稠密視差圖。
[0010] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0011] -種基于雙目立體視覺的車輛幾何尺寸的測量方法，具體步驟包括：
[0012] (I)利用攝像機從車輛前、后、左、右、上五個方向采集車輛場景圖像；
[0013] (2)對所述攝像機進行棋盤標定，通過圖像坐標系與世界坐標系間的關(guān)系，計算攝 像機的內(nèi)部參數(shù)Qx、Qy、帖、VO與外部參數(shù)R、t，Qx、Qy分別為攝像機在圖像坐標系中X軸方向、y 軸方向上的等效焦距，（y〇，VO)為攝像機的光屯、在圖像坐標系中的坐標，R為3 X 3的正交矩 陣，t為平移向量；由攝像機的內(nèi)外參數(shù)可組成投影矩陣M，投影矩陣M為將二維圖像坐標點 與S維幾何空間點一一對應的轉(zhuǎn)換系數(shù)矩陣。
[0014] (3)對步驟(1)得到的場景圖像進行圖像預處理，所述圖像預處理包括高斯濾波及 灰度變換;灰度變換可W減少圖像的信息量，高斯濾波可W去除噪聲的干擾。
[0015] (4)采用灰度區(qū)域立體匹配技術(shù)，找出相同像素點在不同場景圖像中的位置，并計 算相同像素點的在兩幅場景圖像中的坐標差值，即視差值；
[0016] (5)根據(jù)平行雙目=角測量原理，計算出車輛場景點的深度信息，即攝像機與車輛 的前端、后端、左端、右端、上端的距離；
[0017] (6)根據(jù)步驟(5)測得的攝像機與車輛的前端、后端、左端、右端、上端的距離W及 攝像機之間的距離關(guān)系，計算出車輛的尺寸參數(shù)。
[001引根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟（1)中，具體包括:分別在車輛前端、后端、左端、右 端、上端平行設(shè)置1組攝像機，每組攝像機包括兩個攝像機，設(shè)置在車輛前端的攝像機與設(shè) 置在車輛后端的攝像機之間的距離為化，設(shè)置在車輛左端的攝像機與設(shè)置在車輛右端的攝 像機之間的距離為Dw,設(shè)置在車輛上端的攝像機與地面的距離為化。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(2)中，圖像坐標系與世界坐標系間的關(guān)系如式（I) 所示：
[0020]
(I)
[0021 ]式（I)中，（U, V)為場景圖像任意像素點的坐標;ax = f/dx,ay = f/dy,f為攝像機的 焦距，dx與dy為圖像坐標系中任意像素點在X軸與y軸方向上的物理尺寸；（X，Y，Z)為(u，v) 在世界坐標系中的坐標。由于曰X，Qy，y〇，VO只與攝像機內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)，稱為攝像機的內(nèi)部參 數(shù);R與t分別為旋轉(zhuǎn)矩陣與平移矩陣，完全由攝像機相對于世界坐標系的方位決定，稱為攝 像機的外部參數(shù)。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(3)中，所述灰度變換是指將彩色圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖 像，轉(zhuǎn)換公式如式(II)所示：
[0023] Ig = 0.11Ir+0.59Ig+0.3Ib (II)
[0024] 式(I I)中，Ig代表灰度值，Ir、Ig、Ib分別代表彩色圖像中R、G、通道的值。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(3)中，所述高斯濾波，是指利用高斯濾波器對圖像 進行平滑濾波，高斯濾波算子矩陣如式(m)所示：
[0026] (1ID
[0027] 式（虹）中，Gu, V為高斯濾波算子矩陣，。為矩陣方差，O = I;
[0028] 高斯濾波即圖像與高斯濾波算子的卷積，表達式如下：
[0029]
(IV)
[0030] 式(IV)中，foldO為濾波前的場景圖像，fnewO為foldO濾波后的場景圖像。
[0031] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(4)中，利用鄰域窗口的特征，W像素點灰度差的絕 對值和作為判斷依據(jù)，實現(xiàn)像素點匹配，得到場景圖像的稠密視差圖，所述像素點灰度差的 絕對值和(Sum of Absolute Differences,SAD)的計算公式如式（V)所示：
[0032]
(V)
[0033] 式（V)中，C(u，v)為(u，v)像素點在兩幅場景圖像中橫坐標的差值，由C(u，v)組成 的圖像為稠密視差圖，n*n為捜索匹配窗口的大小，10<11<40，1^()、尺（）分別為兩幅灰度圖 像。
[0034] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(5)中，具體是指：
[0035] 計算深度信息的公式如式(VI)所示：
[0036]
(巧）
[0037] 式(VI)中，Z為設(shè)置在車輛一端的攝像機與車輛一端之間的距離，車輛一端是指車 輛前端、車輛后端、車輛左端、車輛右端或車輛上端;B為兩個攝像機光屯、相距的距離，兩個 攝像機為設(shè)置在車輛前端的兩個攝像機、設(shè)置在車輛后端的兩個攝像機、設(shè)置在車輛左端 的兩個攝像機、設(shè)置在車輛右端的兩個攝像機或設(shè)置在車輛上端的兩個攝像機。
[0038] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(6)中，具體是指：
[0039] 通過步驟(5)求得:設(shè)置在車輛前端的攝像機與車輛前端的距離Zi,設(shè)置在車輛后 端的攝像機與車輛后端的距離Z2，設(shè)置在車輛左端的攝像機與車輛左端的距離Z3，設(shè)置在車 輛右端的攝像機與車輛右端的距離Z4,設(shè)置在車輛上端的攝像機與車輛上端的距離Zs,則車 輛的長L、寬W、高H計算公式如式(VII)所示：
[0040]
(Vll) '
[0041] 本發(fā)明的有益效果為：
[0042] (1)本發(fā)明采用若干個攝像機組成陣列，基于雙目立體視覺原理實現(xiàn)了對車輛幾 何尺寸的自動測量，有效解決了傳統(tǒng)雙目立體視覺尺寸測量產(chǎn)生的崎變問題。
[0043] (2)本發(fā)明具有良好的穩(wěn)定性，計算復雜度低，準確度高，解決了傳統(tǒng)方法測量時 間長精度不高的問題，適合在靜態(tài)條件下非接觸性的測量車輛幾何尺寸。
【附圖說明】
[0044] 圖1為本發(fā)明利用攝像機從車輛前、后、左、右、上五個方向采集車輛場景圖像的示 意圖；
[0045] 圖2為本發(fā)明所述平行雙目S角測量原理圖；
[0046] 圖3為本發(fā)明的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0047] 下面結(jié)合說明書附圖和實施例對本發(fā)明作進一步限定，但不限于此。
[004引實施例
[0049] -種基于雙目立體視覺的車輛幾何尺寸的測量方法，具體步驟包括：
[0050] (1)利用攝像機從車輛前、后、左、右、上五個方向采集車輛場景圖像；
[0051] (2)對所述攝像機進行棋盤標定，通過圖像坐標系與世界坐標系間的關(guān)系，計算攝 像機的內(nèi)部參數(shù)Qx、Qy、帖、VO與外部參數(shù)R、t，Qx、Qy分別為攝像機在圖像坐標系中X軸方向、y 軸方向上的等效焦距，（y〇，VO)為攝像機的光屯、在圖像坐標系中的坐標，R為3 X 3的正交矩 陣，t為平移向量；由攝像機的內(nèi)外參數(shù)可組成投影矩陣M，投影矩陣M為將二維圖像坐標點 與S維幾何空間點一一對應的轉(zhuǎn)換系數(shù)矩陣。
[0052] (3)對步驟(1)得到的場景圖像進行圖像預處理，所述圖像預處理包括高斯濾波及 灰度變換;灰度變換可W減少圖像的信息量，高斯濾波可W去除噪聲的干擾。
[0053] (4)采用灰度區(qū)域立體匹配技術(shù)，找出相同像素點在不同場景圖像中的位置，并計 算相同像素點的在兩幅場景圖像中的坐標差值，即視差值；
[0054] (5)根據(jù)平行雙目=角測量原理，計算出車輛場景