專利名稱：一種基于單應(yīng)性變換矩陣的分段空間對(duì)準(zhǔn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無人車多傳感器信息融合技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于單應(yīng)性變換矩陣的分段空間對(duì)準(zhǔn)方法。
背景技術(shù)：
無人車又稱室外智能移動(dòng)機(jī)器人，是一種集環(huán)境感知、動(dòng)態(tài)決策與規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等多功能為一體的智能化程度很高的裝置，其對(duì)環(huán)境感知的快速性、準(zhǔn)確性與多傳感器信息融合技術(shù)密不可分。多傳感器信息融合技術(shù)就是計(jì)算機(jī)充分利用各傳感器資源，通過對(duì)各種量測信息的合理支配和使用，在空間和時(shí)間上把互補(bǔ)與冗余信息依據(jù)某種優(yōu)化準(zhǔn)則結(jié)合起來，產(chǎn)生對(duì)觀測環(huán)境的一致性解釋或描述，同時(shí)產(chǎn)生新的融合結(jié)果。在環(huán)境感知模塊，視覺傳感器和毫米波雷達(dá)是常用的兩種傳感器。視覺傳感器檢測范圍廣、能夠獲得外界環(huán)境中目標(biāo)的尺寸和輪廓信息，但它易受外界因素影響，存在目標(biāo)缺失問題。而毫米波雷達(dá)分辨率高、抗干擾能力強(qiáng)，可在各種天氣環(huán)境下準(zhǔn)確獲得目標(biāo)的距離、相對(duì)速度和方位角信息，但不能識(shí)別目標(biāo)形狀和大小，因此，利用這種互補(bǔ)特性融合兩者信息，得到更加全面、可靠的環(huán)境信息。而空間對(duì)準(zhǔn)是兩者信息融合的前提?？臻g對(duì)準(zhǔn)實(shí)質(zhì)是估計(jì)攝像機(jī)和雷達(dá)坐標(biāo)系間的變換矩陣關(guān)系。目前，傳統(tǒng)空間對(duì)準(zhǔn)方法中，在20米的標(biāo)定距離范圍內(nèi)，在不同的距離點(diǎn)上，隨機(jī)對(duì)目標(biāo)上的點(diǎn)進(jìn)行探測，分別得到目標(biāo)在攝像機(jī)中的坐標(biāo)系表達(dá)和雷達(dá)坐標(biāo)系中的表達(dá)，根據(jù)兩個(gè)傳感器獲取的數(shù)據(jù)，估計(jì)由縮放比例因子、焦距等構(gòu)成的攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)矩陣以及旋轉(zhuǎn)矩陣、平移向量構(gòu)成的攝像機(jī)外部參數(shù)矩陣，該計(jì)算過程比較繁瑣，也容易引入誤差；另外，根據(jù)上述算法對(duì)超過20米的標(biāo)定距離的目標(biāo)進(jìn)行求解變換矩陣時(shí)，由于范圍較大，因此巨大的誤差，導(dǎo)致空間對(duì)準(zhǔn)失敗。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供 了一種基于單應(yīng)性變換矩陣的分段空間對(duì)準(zhǔn)方法，能夠在較大的標(biāo)定距離范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無人車裝載的攝像機(jī)和毫米波雷達(dá)的空間對(duì)準(zhǔn)，同時(shí)還能簡化求解單應(yīng)性變換矩陣的計(jì)算過程。本發(fā)明的一種基于單應(yīng)性變換矩陣的分段空間對(duì)準(zhǔn)方法，包括如下步驟步驟1:建立攝像機(jī)坐標(biāo)系與毫米波雷達(dá)坐標(biāo)系之間的基于單應(yīng)性變換矩陣的關(guān)系定義攝像機(jī)的圖像坐標(biāo)系O' uv，其中O'位于攝像機(jī)成像平面的左上角；u軸與攝像機(jī)掃描行方向平行軸垂直于攝像機(jī)掃描行方向；定義O" " P Θ為毫米波雷達(dá)極坐標(biāo)系，O""為毫米波雷達(dá)表面的中心；P為目標(biāo)與毫米波雷達(dá)間的直線距離；Θ為目標(biāo)偏離毫米波雷達(dá)掃描平面中心線的角度，則攝像機(jī)的圖像坐標(biāo)系O' Uv與毫米波雷達(dá)極坐標(biāo)系O" " P Θ之間關(guān)系表示為
權(quán)利要求
1.一種基于單應(yīng)性變換矩陣的分段空間對(duì)準(zhǔn)方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟1:建立攝像機(jī)坐標(biāo)系與毫米波雷達(dá)坐標(biāo)系之間的基于單應(yīng)性變換矩陣的關(guān)系定義攝像機(jī)的圖像坐標(biāo)系O' UV，其中O'位于攝像機(jī)成像平面的左上角；u軸與攝像機(jī)掃描行方向平行；v軸垂直于攝像機(jī)掃描行方向； 定義O" " P Θ為毫米波雷達(dá)極坐標(biāo)系，O""為毫米波雷達(dá)表面的中心；P為目標(biāo)與毫米波雷達(dá)間的直線距離；Θ為目標(biāo)偏離毫米波雷達(dá)掃描平面中心線的角度，則攝像機(jī)的圖像坐標(biāo)系O' Uv與毫米波雷達(dá)極坐標(biāo)系O" " P Θ之間關(guān)系表示為
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于單應(yīng)性變換矩陣的分段空間對(duì)準(zhǔn)方法，其特征在于，當(dāng)步驟2的標(biāo)定距離為50米時(shí)，0-20米為近距范圍，均分成4段；20-50米為遠(yuǎn)距范圍，均分成3段。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于單應(yīng)性變換矩陣的分段空間對(duì)準(zhǔn)方法，其特征在于，所述步驟4中計(jì)算標(biāo)定目標(biāo)圖像中的每一小段圖像的質(zhì)心坐標(biāo)的方法如下 S40、手動(dòng)選取含有標(biāo)定目標(biāo)的候選區(qū)域； S41、對(duì)候選區(qū)域圖像進(jìn)行中值濾波，消除圖像中的噪聲； S42、對(duì)候選區(qū)域圖像進(jìn)行Sobel算子邊緣檢測，得到二值化的標(biāo)定目標(biāo)邊緣圖像； S43、在以像素為單位的圖像坐標(biāo)系中，沿u軸尋找標(biāo)定目標(biāo)邊緣圖像中的坐標(biāo)最小值和最大值的u軸像素點(diǎn)坐標(biāo)Umin, Umax,沿V軸尋找標(biāo)定目標(biāo)邊緣圖像中的坐標(biāo)最小值和最大值的V軸像素點(diǎn)坐標(biāo)Vmin, Vmax，將上述4點(diǎn)按順時(shí)針或者逆時(shí)針方向用直線連接,形成一個(gè) 四邊形區(qū)域，在該四邊形區(qū)域內(nèi)，利用公式
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于單應(yīng)性變換矩陣的分段空間對(duì)準(zhǔn)方法，通過對(duì)較大的標(biāo)定距離進(jìn)行分段，針對(duì)每一分段分別求得攝像機(jī)和毫米波雷達(dá)坐標(biāo)系之間的單應(yīng)性變換矩陣，避免了現(xiàn)有技術(shù)中由于用同一個(gè)單應(yīng)性變換矩陣表達(dá)兩個(gè)傳感器之間的坐標(biāo)關(guān)系引起的誤差，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)較大標(biāo)定距離目標(biāo)探測的空間對(duì)準(zhǔn)；通過推導(dǎo)表征攝像機(jī)和毫米波雷達(dá)的不同坐標(biāo)系之間的關(guān)系，最后采用單應(yīng)變換矩陣N表征兩者的坐標(biāo)系關(guān)系，用兩個(gè)傳感器分別獲得的目標(biāo)數(shù)據(jù)再解得單應(yīng)變換矩陣N，避免了求解縮放比例因子、焦距等構(gòu)成的攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)矩陣以及旋轉(zhuǎn)矩陣、平移向量構(gòu)成的攝像機(jī)外部參數(shù)矩陣，大大簡化了運(yùn)算過程，節(jié)省運(yùn)算時(shí)間。
文檔編號(hào)G06T7/00GK103065323SQ20131001304
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2013年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月14日
發(fā)明者付夢(mèng)印, 靳璐, 楊毅, 宗民 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)