專利名稱：基于車牌合作目標(biāo)和單目攝像機(jī)的汽車防撞預(yù)警方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽車安全技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及基于車牌合作目標(biāo)和單目攝像機(jī)的汽車防撞預(yù)警方法。
背景技術(shù)：
汽車防撞預(yù)警系統(tǒng)是通過傳感器、計算機(jī)圖像處理技術(shù)來實現(xiàn)車距監(jiān)測、追尾預(yù)警、碰撞預(yù)警、導(dǎo)航功能的車載智能系統(tǒng)，是智能汽車無人駕駛技術(shù)中的一項關(guān)鍵技術(shù)。汽車防撞預(yù)警系統(tǒng)能夠根據(jù)攝像機(jī)拍攝的汽車車牌圖像通過單目視覺定位技術(shù)來確定前方車輛與當(dāng)前車輛之間的相對距離與相對速度。從而進(jìn)行危險判斷，及時提醒駕駛員做出相應(yīng)動作以避免汽車的碰撞。該系統(tǒng)定位技術(shù)的研究能夠輔助駕駛員判斷，提示預(yù)警，提高駕駛安全性。汽車防撞預(yù)警系統(tǒng)通過事先預(yù)防，有效的保護(hù)駕駛員和道路環(huán)境中行人的安全，大大減少汽車碰撞，減少經(jīng)濟(jì)損失避免事故的發(fā)生，因此，它是汽車安全性的重點研究領(lǐng)域，是增強(qiáng)車輛行駛安全性，減少交通事故的必要手段。 現(xiàn)有汽車防撞預(yù)警系統(tǒng)存在的傳感器數(shù)量多，處理速度慢，造價高的問題，該發(fā)明專利提出一種基于車牌合作目標(biāo)和單目攝像機(jī)的定位方法，并在此基礎(chǔ)上擬研發(fā)一種基于單目攝像機(jī)的汽車防撞預(yù)警系統(tǒng)。單目視覺的方式處理速度快，成本低。包括兩方面問題，一是識別和定位圖像中的車牌，二是確定車牌的位置和姿態(tài)。對于識別和定位圖像中的車牌，首先，采用基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的方法把前車和車牌圖像從尾部圖像中初步提取出來，由于車體角度傾斜，車燈圖像的干擾，采用基于車牌字符紋理特征邊緣檢測的方法去除偽車牌，目前車體尾部圖像中包括很多廣告牌和提示牌圖像，為了去除這部分偽圖像的干擾，采用基于顏色特征的方法識別車牌類型，最后定位車牌區(qū)域，提取出車牌的邊框和角點。對于第二個問題采用基于合作目標(biāo)的單目攝像機(jī)定位方法確定車牌的位置和姿態(tài)。車牌能夠提供四條邊線作為合作目標(biāo)，采用矩形合作目標(biāo)定位方法就能對車牌進(jìn)行定位。對視野中的所有車牌根據(jù)形態(tài)學(xué)進(jìn)行分類同時提取圖像每個車牌的輪廓，根據(jù)每種車牌已知的長寬數(shù)據(jù)，利用基于直線特征的單目攝像機(jī)定位方法計算該車牌在車體坐標(biāo)系下的位置和姿態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種采用基于車牌邊框矩形特征的單目視覺定位方法，能夠精確確定當(dāng)前車輛與前方車輛之間的相對距離與相對速度，處理速度快，成本低的汽車防撞預(yù)警方法。采用的技術(shù)方案是
基于車牌合作目標(biāo)和單目攝像機(jī)的汽車防撞預(yù)警方法，通過安裝在汽車車頭的前視攝像機(jī)，汽車尾部的后視攝相機(jī)時實圖像采集，分別用于定位前方行駛車輛與本車的相對位置和速度和用于定位后方行駛車輛與本車的相對位置和速度，兩個前后視攝像機(jī)的圖像采集與視覺定位系統(tǒng)分別工作，經(jīng)智能分析綜合系統(tǒng)根據(jù)前后視兩部攝像機(jī)獲取的前后車輛定位信息以及車輛行駛數(shù)據(jù)對本車的安全狀態(tài)進(jìn)行分析，根據(jù)評估結(jié)果對駕駛員給出報警和建議，報警形式為聲、光、語音三級報警。上述的基于車牌合作目標(biāo)和單目攝像機(jī)的汽車防撞預(yù)警方法，包括識別和定位圖像中的車牌與確定車牌的位置和姿態(tài)，利用車牌邊框的四條邊線作為合作目標(biāo)，單目視覺定位方法來確定當(dāng)前車輛與前、后方車輛之間的相對距離與相對速度。上述的前視攝像機(jī)預(yù)警方法與后視攝像機(jī)預(yù)警方法均采用相同的定位方法，二者獨立工作。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點
I.定位精度高。采用基于車牌邊框矩形特征的單目視覺定位方法能夠精確確定當(dāng)前車輛與前方車輛之間的相對距離與相對速度。
2.適用范圍廣泛。該汽車防撞預(yù)警裝置采用車牌邊框作為測量依據(jù)，車牌邊框具有國家統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，無論在標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)化環(huán)境下還是在非標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)環(huán)境下都具有不變性，因此該汽車防撞預(yù)警裝置應(yīng)用范圍廣泛，不依賴于車道。


圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是基于車牌邊框的單目視覺定位方法示意圖。
具體實施例方式基于車牌合作目標(biāo)和單目攝像機(jī)的汽車防撞預(yù)警方法，該防撞預(yù)警結(jié)構(gòu)組成如圖I所示。汽車防撞預(yù)警系統(tǒng)由安裝在汽車車頭的前視攝像機(jī)，汽車尾部的后視攝相機(jī)，圖像采集系統(tǒng)及車輛定位系統(tǒng)，智能分析綜合系統(tǒng)組成。前視攝像機(jī)用于定位前方行駛車輛與本車的相對位置和速度；后視攝像機(jī)用于定位后方行駛車輛與本車的相對位置和速度。兩個前后視攝像機(jī)的圖像采集系統(tǒng)、視覺定位系統(tǒng)分別獨立工作。該汽車防撞預(yù)警，采用基于車牌合作目標(biāo)和單目視覺的汽車防撞預(yù)警方法。包括識別和定位圖像中的車牌與確定車牌的位置和姿態(tài)兩方面的問題。采用綜合特征包括基于結(jié)構(gòu)特征、紋理特征、顏色特征精確定位車牌圖像區(qū)域，并且提取出車牌圖像的邊框。車牌邊框具有統(tǒng)一尺度。并且車牌邊框是標(biāo)準(zhǔn)的矩形。該發(fā)明中采用基于車牌邊框矩形特征的單目視覺定位方法來確定當(dāng)前車輛與前方車輛之間的相對距離與相對速度。該方法定位精度高，實時性好。再經(jīng)智能分析綜合系統(tǒng)根據(jù)前后兩部攝像機(jī)獲取的前后車輛定位信息以及車輛行駛數(shù)據(jù)，駕駛員操控行為數(shù)據(jù)對本車的安全狀態(tài)進(jìn)行分析，對駕駛員的操控行為可能對安全性產(chǎn)生的影響進(jìn)行評估，最后根據(jù)評估結(jié)果對駕駛員給出報警和建議，報警形式為聲、光、語音三級報警。本發(fā)明的工作原理
如圖2所示設(shè)攝像機(jī)模型為透視投影模型并且攝像機(jī)的內(nèi)參數(shù)已知。設(shè)車牌邊框的四條邊40 = 1: 在世界坐標(biāo)系下的方向向量為匕=(1 = 1: 4)。四條邊相
交于四個頂點的坐標(biāo)為P = I:句。四條邊在攝像機(jī)坐標(biāo)系下的方向向量為
V1 = (Ael, BepCJ (i=l 4)。四個頂點6/=(1: 4)在攝像機(jī)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為 = (1: 4)。四條邊在圖像坐標(biāo)系下成像的直線U〗 = 1:勺方程為v+6/+q = o (〗=1: 4)。方向向量為,圖像直線上點的坐標(biāo)為i,〗=(1:句。四個頂點4)在圖
像坐標(biāo)系下像點P1 j = (1: 4)的坐標(biāo)為(XeftJe,,/) = (1 4)。車牌邊框邊L1的長度為陶I = a。定位問題是確定物體坐標(biāo)系和攝像機(jī)坐標(biāo)系之間的剛體變換I。透視投影模型將空間直線-和圖像直線、以及攝像機(jī)光心約束到一個平面，稱這個平面為解釋平面S4 = l: 4)。假設(shè)垂直于解釋平面巧的法向量為 則法向量"與圖像直線G以及圖像直線L上的任意一點Λ與光心的連線印,都垂直，因此法向量可以表示為I的方向向量L和碑
的方向向量的外積。
權(quán)利要求
1.基于車牌合作目標(biāo)和單目攝像機(jī)的汽車防撞預(yù)警方法，其特征在于通過安裝在汽車車頭的前視攝像機(jī)，汽車尾部的后視攝相機(jī)時實圖像采集，分別用于定位前方行駛車輛與本車的相對位置和速度和用于定位后方行駛車輛與本車的相對位置和速度，兩個前后視攝像機(jī)的圖像采集與視覺定位系統(tǒng)分別工作，經(jīng)智能分析綜合系統(tǒng)根據(jù)前后視兩部攝像機(jī)獲取的前后車輛定位信息以及車輛行駛數(shù)據(jù)對本車的安全狀態(tài)進(jìn)行分析，根據(jù)評估結(jié)果對駕駛員給出報警和建議，報警形式為聲、光、語音三級報警。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于車牌合作目標(biāo)和單目攝像機(jī)的汽車防撞預(yù)警方法，其特征在于所述的汽車防撞預(yù)警方法，包括識別和定位圖像中的車牌與確定車牌的位置和姿態(tài)，利用車牌邊框的四條邊線作為合作目標(biāo)，單目視覺定位方法來確定當(dāng)前車輛與前、后方車輛之間的相對距離與相對速度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于車牌合作目標(biāo)和單目攝像機(jī)的汽車防撞預(yù)警方法，其特征在于所述的前視攝像機(jī)預(yù)警方法與后視攝像機(jī)預(yù)警方法均采用相同的定位方法，二者獨立工作。
全文摘要
基于車牌合作目標(biāo)和單目攝像機(jī)的汽車防撞預(yù)警方法，通過安裝在汽車車頭的前視攝像機(jī)，汽車尾部的后視攝相機(jī)時實圖像采集，分別用于定位前方行駛車輛與本車的相對位置和速度和用于定位后方行駛車輛與本車的相對位置和速度，兩個前后視攝像機(jī)的圖像采集與視覺定位系統(tǒng)分別工作，經(jīng)智能分析綜合系統(tǒng)根據(jù)前后視兩部攝像機(jī)獲取的前后車輛定位信息以及車輛行駛數(shù)據(jù)對本車的安全狀態(tài)進(jìn)行分析，根據(jù)評估結(jié)果對駕駛員給出報警和建議，報警形式為聲、光、語音三級報警。本發(fā)明能通過事先預(yù)防，有效的保護(hù)駕駛員和道路環(huán)境中行人的安全，大大減少汽車碰撞，減少經(jīng)濟(jì)損失避免事故的發(fā)生，該方法定位精度高，實時性好。
文檔編號G01C11/02GK102778223SQ20121018519
公開日2012年11月14日 申請日期2012年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月7日
發(fā)明者秦麗娟 申請人:沈陽理工大學(xué)