视频测速系统中的测距和摄像机标定研究

论文摘要

随着计算机视觉技术的发展,利用摄像机采集视频,进行机动车视频测速正成为智能交通系统中的一种趋势。本文研究的单目摄像机测距系统,正是基于高速公路的机动车视频测速系统的一个子系统,这个测距子系统的准确与否将直接影响到最终的测速结果。这就是本文的研究切入点:如何只利用一个摄像机简单准确测量高速公路上的机动车发现的位移?众所周知,高速公路上车流量大,工作环境复杂,很多高效的测距方案比如三维重建等在这里都只能望而却步。笔者通过实地勘测和分析,并根据数字图像技术和摄像机的成像原理,提出一种利用车道线进行平面映射的单目摄像机测距方案。本方案的基本实现框架是:以道路平面上的车道线坐标和图像平面上的车道线坐标为对应点,根据摄像机成像原理的简化模型,求解道路平面和图像平面的对应关系,再依据这个对应关系求解道路平面上的机动车所发生的位移。针对各地高速公路道路标准线不一样的特点,即存在单车道虚线和双车道虚线的情况,本文还提出通过标定摄像机,虚拟一条车道线来解决单车道虚线的问题,大大增强了本系统的适应性。通过上述框架,可以清晰看到,本文研究中主要问题和难点:测距和摄像机标定。因此,正是围绕这两个主要问题,本文做了以下工作:一.针对高速公路野外环境复杂的特点,提出一种可适应各种环境和气候的双阈值车道线提取法,用该方法提取的车道线清晰准确。二.以车道线做为特征点,对道路平面和图像平面进行映射,利用这种映射关系求解机动车发生的位移。这种测距方法与三维的双目摄像机和其他机器视觉测量方法相比,高效简单且正确率也有保证。三.针对架设在高速公路上的摄像机容易发生抖动的问题,提出以车道线为基准的抖动检测法,大大降低了抖动对于测距系统的危害。四.针对各地道路线不同的情况,利用标定摄像机参数,根据摄像机成像原理,虚拟车道线,解决了道路适应问题。本文还介绍了系统的实现平台和相关设备问题,在此就不作详细解释。综上所述本文提出的这种测距方法,不但简单高效(测距的准确率经实验论证达93%以上),而且有较强的适应性,同时利用单目摄像机,有效地节约了产品成本。当然,本系统在开发阶段仍然遇到很多问题,系统在架构实时性方面的问题仍有待日后研究改进。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 机器视觉测距发展现状
• 1.2 摄像机标定发展现状
• 1.3 研究目的
• 1.4 本文的工作内容及章节安排
• 第二章 课题方案研究
• 2.1 当前技术可行性分析
• 2.1.1 双目立体视觉
• 2.1.2 结构三维视觉
• 2.1.3 其他三维视觉技术
• 2.2 课题方案研究
• 2.2.1 方案分析
• 2.2.2 提出方案
• 2.3 本章小结
• 第三章 车道线提取
• 3.1 本章涉及的数字图像理论
• 3.1.1 中值滤波法
• 3.1.2 HOUGH变换
• 3.2 车道线提取
• 3.2.1 图像预处理
• 3.2.2 边缘提取
• 3.2.3 车道线提取
• 3.3 采集图像的相关问题
• 3.4 本章小结
• 第四章 测距实现
• 4.1 世界坐标系，摄像机坐标系和世界坐标系
• 4.2 针孔成像模型
• 4.3 非线性模型
• 4.4 基于针孔模型测距实现
• 4.4.1 模型简化
• 4.4.2 平面映射
• 4.4.3 实验结果
• 4.5 摄像机抖动问题
• 4.6 本章小结
• 第五章 摄像机标定
• 5.1 摄像机成像
• 5.2 本系统采用的摄像机标定算法
• 5.2.1 标定摄像机内参数
• 5.2.2 三线标定法标定外参数
• 5.3 单车道线测距
• 5.3.1 虚拟车道线
• 5.3.2 测距实现
• 5.4 本章小结
• 第六章 系统设计
• 6.1 系统概述
• 6.1.1 系统设计总目标
• 6.1.2 系统功能需求
• 6.2 系统设计
• 6.2.1 系统硬件配置
• 6.2.2 系统软件开发环境
• 6.2.3 系统软件设计
• 第七章 总结与展望
• 7.1 本文的主要工作
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间的研究成果