專利名稱：基于標(biāo)線參數(shù)的交通事故現(xiàn)場(chǎng)二維測(cè)量及俯視校正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于交通安全領(lǐng)域事故現(xiàn)場(chǎng)快速測(cè)量的方法。利用現(xiàn)場(chǎng)廣泛存在的路面標(biāo)線參數(shù)直接對(duì)攝影圖像進(jìn)行二維標(biāo)定，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)路面參數(shù)的測(cè)量與俯視比例校 正，具有便捷、快速、魯棒性高的特點(diǎn)。
背景技術(shù)：
交通事故測(cè)量技術(shù)是獲取交通事故信息的基礎(chǔ)。根據(jù)交通事故現(xiàn)場(chǎng)攝影測(cè)量的需 要，利用交通事故現(xiàn)場(chǎng)攝影圖像提取事故現(xiàn)場(chǎng)空間位置信息的方法主要有三維方法和二維 方法兩類。三維方法由于攝影照片使用二維平面表示三維空間，在成像過(guò)程中丟失了深度信息，所 以，在沒(méi)有其它信息的情況下，無(wú)法直接根據(jù)一幅攝影圖像上二維坐標(biāo)信息恢復(fù)三維空間 信息。所以，在交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)中，如果需要三維空間信息，需要兩幅或兩幅以上的攝 影照片進(jìn)行測(cè)量。檢索現(xiàn)有技術(shù)，已有一些專利申請(qǐng)?zhí)峁┝艘恍┙鉀Q方法。如中國(guó)專利 申請(qǐng)?zhí)?00710039376. 3，專利名稱《交通事故現(xiàn)場(chǎng)的攝影測(cè)量方法》；中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?200810121671. 8，專利名稱《基于雙目立體全方位視覺(jué)的交通事故現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪儀》；中國(guó)專利 申請(qǐng)?zhí)?00810243025. 9，專利名稱《基于雙目視覺(jué)的交通事故現(xiàn)場(chǎng)攝影測(cè)量方法》。這些技 術(shù)的優(yōu)勢(shì)是可以實(shí)現(xiàn)空間三維坐標(biāo)的測(cè)量，但需要至少兩幅以上攝影照片或用兩個(gè)相機(jī)同 時(shí)在不同的角度拍攝，并需要在事故現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置標(biāo)定點(diǎn)，使用繁瑣，多幅照片間的對(duì)應(yīng)點(diǎn)匹配 困難，標(biāo)定精度難以保證。二維方法如果圖像上的所有點(diǎn)在空間中都位于同一個(gè)平面上，則圖像平面上點(diǎn)的位置與空 間平面中點(diǎn)的位置就存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，那么就可以由一幅攝影照片確定現(xiàn)場(chǎng)平面空間點(diǎn) 的相對(duì)位置。在交通事故現(xiàn)場(chǎng)，事故分析所需要的大部分空間位置參數(shù)(如輪胎拖痕、油 跡、撒落物等)都位于道路平面上。對(duì)交通事故現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行俯視拍攝，尤其在拍攝的高度遠(yuǎn)大 于道路上車輛等物體的高度時(shí)，交通事故現(xiàn)場(chǎng)路面可近似看做一個(gè)平面，因此可以用一幅 攝影照片來(lái)測(cè)量交通事故現(xiàn)場(chǎng)路面上點(diǎn)的坐標(biāo)，這種方法稱為交通事故現(xiàn)場(chǎng)攝影測(cè)量的二 維方法，也叫做交通事故現(xiàn)場(chǎng)俯視攝影測(cè)量方法。對(duì)現(xiàn)有技術(shù)檢索發(fā)現(xiàn)，要進(jìn)行二維測(cè)量并對(duì)攝影圖像進(jìn)行標(biāo)定，現(xiàn)有的技術(shù)一般 都需要在現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)4個(gè)以上的標(biāo)定參考點(diǎn)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)坐標(biāo)標(biāo)定參考點(diǎn)坐標(biāo)和圖像坐標(biāo)之間 的對(duì)應(yīng)關(guān)系，建立圖像坐標(biāo)到現(xiàn)場(chǎng)坐標(biāo)的變換關(guān)系。中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?00910049882. X，專利 名稱《交通事故現(xiàn)場(chǎng)圖像數(shù)據(jù)信息采集及處理方法》中，通過(guò)使用固定機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)四個(gè)激光測(cè) 距儀的角度，在路面上形成圍繞事故現(xiàn)場(chǎng)特征的四邊形激光標(biāo)靶。王豐元，楊朝會(huì)，鄒旭東， 周群輝在《交通運(yùn)輸工程與信息學(xué)報(bào)》2008,6(1) 1-5上的“基于道路標(biāo)線的交通事故現(xiàn)場(chǎng) 攝影測(cè)量研究”，雖然提出用道路標(biāo)線進(jìn)行攝影測(cè)量，但所采用的方法還是提取道路標(biāo)線角 點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行標(biāo)定的方法，其本質(zhì)還是基于點(diǎn)的標(biāo)定下的測(cè)量。在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量點(diǎn)的坐標(biāo)，操作復(fù)雜，且測(cè)量誤差大。在圖像上提取參考點(diǎn)的圖像坐標(biāo)魯棒性差。由于在圖像中檢測(cè)直線相對(duì)角度檢測(cè)而言具有較高的魯棒性和準(zhǔn)確性，且現(xiàn)場(chǎng)路面標(biāo)線的直線參數(shù)測(cè)量方便，因此研究一種便捷、魯棒性強(qiáng)的基于現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)線直線參數(shù)的標(biāo) 定方法實(shí)現(xiàn)交通事故現(xiàn)場(chǎng)二維測(cè)量及俯視校正具有重要的使用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足和缺陷，提出一種基于標(biāo)線參數(shù)的交通事故現(xiàn) 場(chǎng)二維測(cè)量機(jī)俯視校正方法。本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)實(shí)現(xiàn)1.建立基于直線的二維測(cè)量標(biāo)定模型對(duì)空間坐標(biāo)系內(nèi)的點(diǎn)(X，Y，Z)，其對(duì)應(yīng)的圖像坐標(biāo)系象素坐標(biāo)為(x，y)，則根據(jù)照 相機(jī)線性成像模型(圖1)，它們的關(guān)系可寫(xiě)為<formula>formula see original document page 5</formula>對(duì)現(xiàn)場(chǎng)平面的直線AX+BY+C = 0及其在攝影圖像上的投影ax+by+c = 0，有<formula>formula see original document page 5</formula>對(duì)直線AX+BY+C = 0，有<formula>formula see original document page 5</formula>
即 <formula>formula see original document page 5</formula>
對(duì)直線ax+by+c = 0，有<formula>formula see original document page 5</formula>
因此有<formula>formula see original document page 6</formula>根據(jù)上，如果已知道路空間四條直線的參數(shù)方程，則可以標(biāo)定出道路平面和圖像 平面之間的變換關(guān)系。2.實(shí)現(xiàn)步驟(1)用數(shù)碼相機(jī)拍攝現(xiàn)場(chǎng)圖像，圖像應(yīng)包括標(biāo)線和需要測(cè)量的點(diǎn)；(2)根據(jù)路面標(biāo)線特征，建立現(xiàn)場(chǎng)坐標(biāo)系，并測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)坐標(biāo)系下的直線方程參數(shù)；(3)通過(guò)鼠標(biāo)拾取或直線段檢測(cè)算法，提取照片圖像中路面標(biāo)線對(duì)應(yīng)圖像的直線 參數(shù)；(4)利用在現(xiàn)場(chǎng)坐標(biāo)系下的直線方程及對(duì)應(yīng)直線在圖像坐標(biāo)系下的直線方程，根 據(jù)式(6)進(jìn)行基于直線參數(shù)的二維攝影測(cè)量標(biāo)定；(5)坐標(biāo)測(cè)量通過(guò)鼠標(biāo)拾取圖像上的點(diǎn)，根據(jù)式(1)測(cè)量其在現(xiàn)場(chǎng)坐標(biāo)系下的坐 標(biāo)；(6)距離測(cè)量通過(guò)鼠標(biāo)拾取圖像上的兩個(gè)點(diǎn)，測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間的實(shí)際距離；(7)通過(guò)鼠標(biāo)取點(diǎn)的方式，圈定感興趣區(qū)域；(8)生成感興趣區(qū)域的俯視比例校正圖；(9)在比例校正圖上進(jìn)行距離測(cè)量。本發(fā)明具有以下特點(diǎn)利用事故現(xiàn)場(chǎng)路面標(biāo)線的直線位置參數(shù)，對(duì)照片圖像進(jìn)行 標(biāo)定，實(shí)現(xiàn)路面點(diǎn)的二維測(cè)量與俯視比例校正，具有標(biāo)定數(shù)據(jù)測(cè)量快速，技術(shù)過(guò)程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)ο


圖1基于直線的二維測(cè)量標(biāo)定模型圖2實(shí)驗(yàn)照片圖3建立實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)坐標(biāo)系并測(cè)量直線參數(shù)圖4檢測(cè)照片上的直線參數(shù)圖5測(cè)量距離(單位cm)圖6選擇感興趣區(qū)域圖7生成比例俯視8在比例俯視圖上進(jìn)行距離測(cè)量
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本方面的實(shí)施例做詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例在以本方面技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下 述的實(shí)施例。(1)用數(shù)碼相機(jī)拍攝現(xiàn)場(chǎng)圖像，圖像應(yīng)包括標(biāo)線和需要測(cè)量的點(diǎn)；為了提高測(cè)量 精度，數(shù)碼相機(jī)選擇非線性畸變較小的鏡頭，拍攝照片的分辨率盡可能高，一般要求在800 萬(wàn)像素以上，本實(shí)例用佳能普通數(shù)碼相機(jī)拍攝，分辨率800萬(wàn)像素(圖2)。(2)根據(jù)路面標(biāo)線特征，建立現(xiàn)場(chǎng)坐標(biāo)系，并測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)坐標(biāo)系下的直線參數(shù)(圖 3)；在現(xiàn)場(chǎng)可根據(jù)標(biāo)線狀態(tài)任意設(shè)定坐標(biāo)系，坐標(biāo)系的設(shè)置盡量便于測(cè)量標(biāo)線的直線參數(shù)， 在設(shè)置坐標(biāo)系后，可用皮尺、激光測(cè)距儀等測(cè)量工具測(cè)量所選擇的標(biāo)線直線參數(shù)，也可以通 過(guò)道路標(biāo)志標(biāo)線設(shè)計(jì)圖紙等資料確定所需的直線參數(shù)。為便于測(cè)量，可以把現(xiàn)場(chǎng)路面坐標(biāo) 系的χ軸和y軸分別定位在標(biāo)線相互兩個(gè)垂直的邊緣上；圖3中，為了便于測(cè)量，把現(xiàn)場(chǎng)路 面坐標(biāo)系的χ軸和y軸分別定位在人行橫道標(biāo)線相互兩個(gè)垂直的邊緣上，只需測(cè)量?jī)蓚€(gè)距 離，就可得到標(biāo)定照片需要的四條直線在現(xiàn)場(chǎng)路面坐標(biāo)系下的直線方程L1 =X = 0 ；L2 =Y =0 ;L3 =X = W L4 =Y = H。本例標(biāo)定所用的四條直線見(jiàn)圖4，測(cè)量值為人行道寬度400cm， 人行橫道標(biāo)線寬45cm，標(biāo)線間距64cm。所以本例標(biāo)定所用的四條標(biāo)定直線方程為L(zhǎng)1 =X = 0 ；L2 :Υ = 0 ；L3 :X = 400cm ；L4 :Y = 315cm。(3)通過(guò)鼠標(biāo)拾取或直線段檢測(cè)算法，提取照片圖像中路面標(biāo)線對(duì)應(yīng)的直線參數(shù) (圖4)，直線方程可通過(guò)拾取直線的兩點(diǎn)或通過(guò)直線檢測(cè)方法由計(jì)算機(jī)程序直線求出。
(4)根據(jù)在現(xiàn)場(chǎng)坐標(biāo)系下的直線方程及對(duì)應(yīng)直線在圖像坐標(biāo)系下的直線方程，根 據(jù)公式(6)采用最小二乘法進(jìn)行基于直線參數(shù)的二維攝影測(cè)量標(biāo)定。(5)坐標(biāo)測(cè)量通過(guò)鼠標(biāo)拾取圖像上的點(diǎn)，根據(jù)式(1)測(cè)量其在現(xiàn)場(chǎng)坐標(biāo)系下的坐 標(biāo)(6)距離測(cè)量通過(guò)鼠標(biāo)拾取圖像上的兩個(gè)點(diǎn)，測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間的實(shí)際距離(圖5)，測(cè) 出直行車前輪到左轉(zhuǎn)車前輪和后輪的距離分別為664. 14cm和610. 52cm。(7)通過(guò)鼠標(biāo)取點(diǎn)的方式，圈定感興趣區(qū)域(圖6)；(8)生成感興趣區(qū)域的俯視比例校正圖(圖7)，通過(guò)俯視圖可以直觀地分析路面 各點(diǎn)(包括車輪接地點(diǎn))之間的相互距離。(9)在比例校正圖上進(jìn)行距離測(cè)量(圖8)，在校正圖上可方便地測(cè)量車輪接地點(diǎn) 到人行橫道邊緣的距離等數(shù)據(jù)。本發(fā)明實(shí)例主要用于有路面標(biāo)線的交通事故現(xiàn)場(chǎng)路面痕跡，車輪路面接地點(diǎn)位置
等測(cè)量。
權(quán)利要求
一種基于標(biāo)線參數(shù)的交通事故現(xiàn)場(chǎng)二維測(cè)量及俯視校正方法，其特征在于包括如下步驟(1)用數(shù)碼相機(jī)拍攝現(xiàn)場(chǎng)圖像，圖像應(yīng)包括標(biāo)線和需要測(cè)量的點(diǎn)；(2)根據(jù)路面標(biāo)線特征，建立現(xiàn)場(chǎng)坐標(biāo)系，并測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)坐標(biāo)系下的直線參數(shù)；(3)通過(guò)鼠標(biāo)拾取或直線段檢測(cè)算法，提取照片圖像中路面標(biāo)線對(duì)應(yīng)的直線參數(shù)；(4)根據(jù)在現(xiàn)場(chǎng)坐標(biāo)系下的直線方程及對(duì)應(yīng)直線在圖像坐標(biāo)系下的直線方程，進(jìn)行基于直線參數(shù)的二維攝影測(cè)量標(biāo)定；(5)坐標(biāo)測(cè)量通過(guò)鼠標(biāo)拾取圖像上的點(diǎn)，測(cè)量其在現(xiàn)場(chǎng)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；(6)距離測(cè)量通過(guò)鼠標(biāo)拾取圖像上的兩個(gè)點(diǎn)，測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間的實(shí)際距離；(7)通過(guò)鼠標(biāo)取點(diǎn)的方式，圈定感興趣區(qū)域；(8)生成感興趣區(qū)域的俯視比例校正圖；(9)在比例校正圖上進(jìn)行距離測(cè)量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于標(biāo)線參數(shù)的交通事故現(xiàn)場(chǎng)二維測(cè)量及俯視校正方法，其 特征在于，所述的步驟(2)，具體是指在現(xiàn)場(chǎng)可根據(jù)標(biāo)線狀態(tài)任意設(shè)定坐標(biāo)系，坐標(biāo)系的 設(shè)置盡量便于測(cè)量標(biāo)線的直線參數(shù)，在設(shè)置坐標(biāo)系后，可用皮尺、激光測(cè)距儀等工具測(cè)量所 選擇的標(biāo)線直線參數(shù)，也可以通過(guò)道路標(biāo)志標(biāo)線設(shè)計(jì)圖紙等資料確定所需的直線參數(shù)。為 便于測(cè)量，最好把現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量坐標(biāo)系的χ軸和y軸分布定位在標(biāo)線相互兩個(gè)垂直的邊緣上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于標(biāo)線參數(shù)的交通事故現(xiàn)場(chǎng)二維測(cè)量及俯視校正方法，其 特征在于，所述的步驟(3)，具體是指通過(guò)鼠標(biāo)在照片上拾取標(biāo)線直線的點(diǎn)，然后通過(guò)兩 點(diǎn)法或最小二乘法計(jì)算出圖像像素坐標(biāo)系下，照片上的標(biāo)線直線參數(shù)；也可以通過(guò)邊緣檢 測(cè)、直線段提取等方法獲取照片上的標(biāo)線直線參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于標(biāo)線參數(shù)的交通事故現(xiàn)場(chǎng)二維測(cè)量及俯視校正方法，其 特征在于，所述的步驟(4)，具體實(shí)現(xiàn)如下對(duì)空間坐標(biāo)系內(nèi)的點(diǎn)(X，Y，Z)，其對(duì)應(yīng)的圖像坐標(biāo)系象素坐標(biāo)為(x，y)，則根據(jù)照相機(jī) 線性成像模型，它們的關(guān)系可寫(xiě)為<formula>formula see original document page 2</formula>⑴現(xiàn)場(chǎng)平面的直線AX+BY+C = O及其在攝影圖像上的投影ax+by+c = 0，有<formula>formula see original document page 2</formula>根據(jù)上式，如果已知道路空間四條直線的參數(shù)坐標(biāo)，則可以標(biāo)定出道路平面和圖像平面之間的變換關(guān)系。標(biāo)定直線需要4條以上，要求共面，且不能均是相互平行的直線。如果是兩組相互垂直 的直線，則平行的每組直線至少需要兩條。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于標(biāo)線參數(shù)的交通事故現(xiàn)場(chǎng)二維測(cè)量及俯視校正方法，其 特征在于，所述的步驟(7)和(8)，具體是指通過(guò)鼠標(biāo)在照片上圈定感興趣的多邊形區(qū)域， 通過(guò)公式(1)計(jì)算所有感興趣區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，并把對(duì)應(yīng)的(R，G， B)色彩值(或灰度值)映射到相應(yīng)的點(diǎn)上，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，經(jīng)過(guò)平移、縮放等處 理，生成比例校正圖。
全文摘要
一種基于標(biāo)線參數(shù)的交通事故現(xiàn)場(chǎng)二維測(cè)量及俯視校正方法，其顯著特征是，直接利用事故現(xiàn)場(chǎng)路面標(biāo)線的直線方程參數(shù)，對(duì)照片圖像進(jìn)行標(biāo)定，實(shí)現(xiàn)路面點(diǎn)的二維測(cè)量與俯視比例校正。本發(fā)明利用路面現(xiàn)有的標(biāo)線進(jìn)行標(biāo)定，去除了攜帶標(biāo)定物的繁瑣；只需一張照片即可進(jìn)行測(cè)量，避免了使用多幅照片測(cè)量的對(duì)應(yīng)點(diǎn)匹配的難題，使用簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，可節(jié)約交通事故的勘察節(jié)約所需時(shí)間；由于采用尺度較大的標(biāo)線進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定算法穩(wěn)定性好，相對(duì)使用預(yù)制標(biāo)定物標(biāo)定的二維測(cè)量方法，提高了測(cè)量精度，可以滿足快速處理交通事故的要求。
文檔編號(hào)G01C11/04GK101819038SQ20101013228
公開(kāi)日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2010年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月24日
發(fā)明者余貴珍, 王云鵬, 田大新, 魯光泉 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)