專利名稱：一種道路曲率半徑自動測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及道路曲率半徑測量技術(shù)，尤其涉及一種道路曲率半徑自動測量方法。
背景技術(shù)：
隨著我國公路通車?yán)锍毯蛙囕v擁有量的增加，我國的交通事故次數(shù)處于快速增長中，在這些交通事故案例中，有很大一部分是車輛在彎道上轉(zhuǎn)彎的時候發(fā)生的，因而，交警部門在進行事故現(xiàn)場勘測時，需要測量道路的曲率半徑(即彎道半徑)，以便為分析事故過程提供數(shù)據(jù)支撐。傳統(tǒng)的測量道路曲率半徑的方法是使用皮尺測量或者目測，這些測量方法不方便、誤差較大。隨著計算機技術(shù)和圖像處理技術(shù)的發(fā)展，使得利用攝影圖像對道路曲率半徑進行精確測量成為可能
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的在于提供一種道路曲率半徑自動測量方法，該方法操作簡單、使用方便、測量精度高。本發(fā)明的基本原理是通過使用一個圖像采集裝置((XD攝像機)來采集彎道圖像，然后將彎道圖像傳輸至計算機。系統(tǒng)利用圖像處理軟件，得到彎道在圖像中的具體位置，在彎道上選取三個有代表性的特征點，經(jīng)過幾何算法和幾何變換即可得到道路的曲率半徑，進而可以為交通事故的鑒定提供精確的數(shù)據(jù)支撐。為了實現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)一種道路曲率半徑自動測量方法，其特征在于，該方法在車輛前端頂部固定安裝一個用來采集彎道圖像的CXD攝像機，利用車輛中安裝的計算機通過USB2. 0數(shù)據(jù)線與CXD攝像機連接，接收彎道圖像，通過計算機內(nèi)的軟件來實現(xiàn)道路邊緣提取，借助道路邊緣線上的三個特殊點的坐標(biāo)，利用幾何算法和幾何變換，得到彎道的曲率半徑；具體包括包括以下步驟步驟一，CXD攝像機標(biāo)定，采用一塊對稱十字二維平面標(biāo)定板對CXD攝像機進行標(biāo)定，得到CCD攝像機的內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)；CXD攝像機標(biāo)定得到的內(nèi)部參數(shù)主要有有效焦距f，扭曲系數(shù)fc及畸變系數(shù)kc，外部參數(shù)有攝像機距地面高度h，與車側(cè)距離d，自轉(zhuǎn)角Y，俯仰角a ；步驟二，CXD攝像機采集彎道圖像，并將彎道圖像傳輸至計算機中；步驟三，計算機首先進行圖像預(yù)處理，去除道路圖像中的污跡、雜物干擾；步驟四，然后進行道路邊緣提取將CXD攝像機拍攝到的彎道圖像進行濾波預(yù)處理后，利用自適應(yīng)閥值分割法對處理后的圖像進行分割，并采用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)中的“腐蝕”運算檢測邊緣，再利用Hough變換實現(xiàn)道路邊緣提?。徊襟E五，彎道圖像特征點提取選取彎道圖像上的三個特征點，特征點需具有彎道的代表性，并提取這三個特征點在彎道圖像中的位置；步驟六，曲率半徑計算將步驟五得到三個特征點在彎道圖像中的位置之后，采用之前CCD攝像機標(biāo)定得到的攝像機參數(shù)，計算這三個特征點的位置坐標(biāo)，并利用幾何關(guān)系即可得到彎道的曲率半徑。本發(fā)明的道路曲率半徑自動測量方法，彎道圖像的處理以及數(shù)據(jù)的計算全部由計算機完成，投資費用少、操作簡單、檢測方便、計算結(jié)果直觀、準(zhǔn)確，測量精度高，而且不需要人工利用皮尺等工具進行測量。


圖I為CXD攝像機的安裝示意圖。圖2為(XD攝像機對彎道的拍攝不意圖。以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
具體實施例方式參照圖1，按照本發(fā)明的技術(shù)方案，本實施例在道路曲率半徑自動測量中，采用CCD攝像機進行圖像采集，CCD攝像機依靠支架固定在車輛前方頂部，CCD攝像機的安裝高度為I. 66米，焦距為24. 576毫米，傾斜角a為15. 4°，鏡頭朝向前方偏下。CXD攝像機采用1/4〃S0NY機器視覺專用攝像機，有效像素600萬，該CXD攝像機通過USB2.0數(shù)據(jù)線與車輛中的計算機連接，接收彎道圖像，通過計算機進行圖像預(yù)處理、車道邊緣提取、特征點選取，再經(jīng)過幾何計算即可得到道路的曲率半徑。具體步驟如下 ( I) CCD攝像機的安裝CCD攝像機采用柱狀支架固定在車輛前方頂部的鋼板上，支架與鋼板采用焊接。攝像機的安裝高度為I. 66米，焦距為24. 576毫米，傾斜角a為15. 4°，鏡頭朝向前方偏下，CXD攝像機通過USB2. 0數(shù)據(jù)線與計算機連接。(2 ) CXD攝像機的標(biāo)定首先制作一塊對稱十字二維平面標(biāo)定板對CXD攝像機進行標(biāo)定，標(biāo)定板由相互距離為30mmX30mm的“十”字網(wǎng)絡(luò)組成，其十字交點為特征標(biāo)定點，每個方向上共有6個“十”字，拍攝標(biāo)定板圖像后，采用特征點提取算法，結(jié)合Tasi兩步法，選取經(jīng)典的帶一階徑向畸變的小孔攝像機模型，對攝像機進行標(biāo)定，即可得到CCD攝像機的內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)。CXD攝像機標(biāo)定得到的內(nèi)部參數(shù)主要有有效焦距f，扭曲系數(shù)fc及畸變系數(shù)kc，這些參數(shù)反應(yīng)了攝像機本身所帶來的圖像畸變。攝像機標(biāo)定得到的外部參數(shù)有攝像機距地面高度h，與車側(cè)距離d，自轉(zhuǎn)角Y，俯仰角a。(3)圖像采集與傳輸CXD攝像機采集彎道圖像，并將采集的彎道圖像傳輸?shù)接嬎銠C。啟動系統(tǒng)，在CXD攝像機完成初始化之后，工作人員通過圖像采集處理軟件控制攝像機采集彎道圖像，并將采集到的圖像按照設(shè)置好的速率通過USB2. 0數(shù)據(jù)線發(fā)送到計算機中供圖像處理軟件采集使用。(4)圖像預(yù)處理去除彎道圖像中的無用點及干擾點。在實際的圖像獲取過程中，由于路面情況比較復(fù)雜，可能存在污跡、雜物干擾，在采樣量化、傳遞時都會帶來噪聲。因此需要用維納濾波法進行圖像的噪聲處理，維納濾波可實現(xiàn)自適應(yīng)去噪，對白噪聲濾波效果較好。由于攝像機獲取的道路圖像對比度有時候會比較低，所以可以采用直方圖灰度變換來改善圖像的對比度，Matlab的圖像處理工具箱中有一個madjust灰度變換函數(shù),它可將圖像的灰度值重新進行映射，使之填滿整個灰度值所允許的范圍(0，255)。(5)道路邊緣提取對經(jīng)過圖像預(yù)處理的彎道圖像進行二值化處理，得到灰度圖像，接著采用閥值分割技術(shù)，用一個或幾個閥值將圖像的灰度直方圖分類，把灰度值在同一個范圍內(nèi)的像素歸為同一個物體。在進行道路邊緣提取之前，應(yīng)先使用邊緣檢測算法來檢測二值化圖像中的道路邊緣，本實施例是采用的Canny邊緣檢測算子，所謂邊緣檢測就是要尋求一種方法，使得位于邊緣位置的像素能夠被凸現(xiàn)出來，和圖像中的其他像素明顯的分開。 Canny邊緣檢測具體分為四個步驟實現(xiàn)I.對圖像進行高斯平滑，平滑的作用是減少圖片噪音，由高斯卷積內(nèi)核完成。2.計算梯度大小和方向，這一步產(chǎn)生兩個含有圖像信息的矩陣，第一個矩陣包含每個圖像的邊緣強度，第二個矩陣包含每個像素的邊緣走向。3.剔除非局部最大值點，剩下的點被設(shè)為可能的邊緣點。4.運用雙門限的方法，高的門限確定邊緣子點，從種子點出發(fā)用低門跟蹤邊緣點。這樣可以更好地抑制孤立噪聲，并且邊緣也不會出現(xiàn)虛線。在用Canny邊緣檢測算子進行彎道圖像邊緣檢測之后，即可采用Hough變換進行車道邊緣提取。Hough變換方法是利用圖像全局特性而直接檢測目標(biāo)輪廓，在知道區(qū)域形狀的情況下，可以得到彎道邊界曲線，而將不連續(xù)的邊緣像素點連接起來，因而可以分割出彎道圖像的邊界。(6)彎道圖像特征點提取參照圖2，選取彎道邊緣線上的三個有代表性的特征點A、B、C用來計算道路的曲率半徑，這三個特征點必須能反應(yīng)彎道的大致形狀，并且間隔大致相等。(7)曲率半徑計算得到特征點在彎道圖像中的位置之后，可以利用CXD攝像機標(biāo)定得到的攝像機參數(shù)計算三個特征點的位置坐標(biāo)，根據(jù)立體幾何知識，已知幾何圓上三個點的坐標(biāo)，可以確定圓心坐標(biāo)，進而可以計算出曲率半徑。具體計算過程為計算機中圖像處理軟件得到彎道圖像的三個特征點之后，得出三個特征點在圖像中的坐標(biāo)，用兩軸坐標(biāo)系的坐標(biāo)(x，y)表示，由于攝像機采集到的圖像存在圖像畸變的變換關(guān)系，這個變換關(guān)系可以通過攝像機的參數(shù)來表示，因而根據(jù)攝像機采集的彎道圖像結(jié)合攝像機標(biāo)定得到的內(nèi)部外部參數(shù)可以逆推特征點在道路中的實際位置。共圓的三個特征點A、B、C的坐標(biāo)用(X0，Y0)、(XI，Yl)、(X2，Y2)表示，直線AB、BC的垂直平分線的交點即為圓心，根據(jù)幾何知識可以解出圓心坐標(biāo)，因而可以得出圓的半徑，即為道路的曲率半徑。計算機得到曲率半徑之后，在軟件窗口中顯示，同時會自動保存在指定的文本文檔中，供試驗人員使用。
權(quán)利要求
1.一種道路曲率半徑自動測量方法，其特征在于，該方法在車輛前端頂部固定安裝一個用來采集彎道圖像的CCD攝像機，利用車輛中安裝的計算機通過USB2. O數(shù)據(jù)線與CCD攝像機連接，接收彎道圖像，通過計算機內(nèi)的軟件來實現(xiàn)道路邊緣提取，借助道路邊緣線上的三個特殊點的坐標(biāo)，利用幾何算法和幾何變換，得到彎道的曲率半徑；具體包括包括以下步驟 步驟一，CCD攝像機標(biāo)定，采用一塊對稱十字二維平面標(biāo)定板對CCD攝像機進行標(biāo)定，得到CCD攝像機的內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)； CXD攝像機標(biāo)定得到的內(nèi)部參數(shù)主要有有效焦距f，扭曲系數(shù)fc及畸變系數(shù)kc，外部參數(shù)有攝像機距地面高度h，與車側(cè)距離d，自轉(zhuǎn)角Y，俯仰角a ； 步驟二，CCD攝像機采集彎道圖像，并將彎道圖像傳輸至計算機中； 步驟三，計算機首先進行圖像預(yù)處理，去除道路圖像中的污跡、雜物干擾； 步驟四，然后進行道路邊緣提取，即將CCD攝像機拍攝到的彎道圖像進行濾波預(yù)處理后，利用自適應(yīng)閥值分割法對處理后的圖像進行分割，并采用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)中的“腐蝕”運算檢測邊緣，再利用Hough變換實現(xiàn)道路邊緣提取； 步驟五，彎道圖像特征點提取選取彎道圖像上的三個特征點，特征點需具有彎道的代表性，并提取這三個特征點在彎道圖像中的位置； 步驟六，曲率半徑計算將步驟五得到三個特征點在彎道圖像中的位置之后，采用之前CCD攝像機標(biāo)定得到的攝像機參數(shù)，計算這三個特征點的位置坐標(biāo)，并利用幾何關(guān)系即可得到彎道的曲率半徑。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述的CCD攝像機為1/4"S0NY機器視覺專用攝像機，CXD攝像機的安裝高度為I. 66米，焦距為24. 576毫米，傾斜角a為15. 4°，鏡頭朝向前方偏下。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種道路曲率半徑自動測量方法，該方法在車輛前端頂部固定安裝一個用來采集彎道圖像的CCD攝像機，利用車輛中安裝的計算機通過USB2.0數(shù)據(jù)線與CCD攝像機連接，接收彎道圖像，通過計算機內(nèi)的軟件來實現(xiàn)道路邊緣提取，借助道路邊緣線上的三個特殊點的坐標(biāo)，利用幾何算法和幾何變換，得到彎道的曲率半徑。投資費用少、操作簡單、檢測方便、計算結(jié)果直觀、準(zhǔn)確，測量精度高，而且不需要人工利用皮尺等工具進行測量。
文檔編號G01B11/255GK102706291SQ20121015646
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月18日
發(fā)明者劉永濤, 楊煒, 陳濤, 魏朗 申請人:長安大學(xué)