一种用于高速公路车道偏离预警系统的相机快速标定方法

摘要

本发明公开了一种用于高速公路车道偏离预警系统的相机快速标定方法，包括以下步骤：获取基于车道线有效信息的道路图像；获取标定点坐标；建立相机标定模型。本发明通过计算相机的有效视野，获得包含车道线有效信息的道路图片，在此基础上，通过选取四个已知空间实际位置和图像位置的标定点。本发明在每次标定时只需要测量四个标定点形成的四边形的四个边以及对角线的长度，以及四边形对角线交点的坐标值，即可以通过几何位置关系来唯一确定标定点的坐标位置。这种方法既减少了传统方法所耗费的大量时间，同时也减少了导致测量误差产生的因素，而且标定过程简单，容易操作，无需携带专门的标定设备，比较适合车道偏离预警这样的应用背景。

主权项

一种用于高速公路车道偏离预警系统的相机快速标定方法，其特征在于：包括以下步骤：A、获取基于车道线有效信息的道路图像通过计算相机的有效视野，获得包含车道线有效信息的道路图片，计算有效视野的大小，计算公式为：$U=\frac{P_{y\max }-P_{y\min }}{H_{\mathrm{image}}}$其中，P_ymax：车道线最远点的纵坐标，单位为像素；P_ymin：车道线最近点的纵坐标，单位为像素；H_image：道路图像窗口的高度，单位为像素；U是个无量纲值，当相机内部参数固定时，U值的大小取决于相机的俯仰角度，U的理想取值为0.2‑0.6；在装有车道偏离预警装置的车辆上安装相机时，只需要通过实时观察相机在不同位置时获取图像的有效视野U值，当U值在理想值范围内时，即可固定相机位置，无需严格测量相机的精确位姿；B、获取标定点坐标B1、获取标定点世界坐标首先在装有车道偏离预警装置的车辆前方场地上布置四个标定点，分别顺次用A、B、C、D表示；四个标定点的范围尽可能包含相机获取的车道线信息，且四个标定点构成四边形的四个顶点；然后分别量取各标定点之间的距离AB、BC、CD、DA、BD、AC，分别用a、b、c、d、e、f表示；同时测量出线段BD和AC的交点O的X和Y坐标值，并用ΔX和ΔY表示，利用下式确定出标定点在车辆坐标系下的坐标：$\left\{\begin{array}{c}{X}_A=-\frac{\alpha \tan \beta }{\tan \alpha +\tan \beta }+\mathrm{\Delta X}\\ Y_A=-\left|X_A\right|\tan \alpha +\mathrm{\Delta Y}\end{array}\right.$$\left\{\begin{array}{c}{X}_B=a+X_A+\mathrm{\Delta X}\\ Y_B=\mathrm{\Delta Y}-Y_A\end{array}\right.$$\left\{\begin{array}{c}{X}_C=X_B-b\cos \delta +\mathrm{\Delta X}\\ Y_C=\mathrm{\Delta Y}-Y_B+b\sin \delta \end{array}\right.$其中：$\left\{\begin{array}{c}\alpha =\arccos \left(\frac{a^2+f^2-b^2}{2\mathrm{af}}\right)\\ \beta =\arccos \left(\frac{a^2+e^2-d^2}{2\mathrm{ae}}\right)\end{array}\right.$B2、获取标定点图像坐标使用鼠标直接在计算机屏幕上点击标定点，通过ZoomTools软件的放大作用来获取标定点在图像中精确的坐标值；C、建立相机标定模型在高速公路或一些高等级公路上，在相机的视野范围内，大多数路面比较平坦，所以采用平面假设推导相机标定模型，即假设车辆前方视野内道路处于同一平面；则在已知三维空间坐标系中任意点(X，Y，Z)和它在二维图像平面坐标系上的坐标(x，y)的前提下，空间点和图像点的坐标满足如下模型：$\left\{\begin{array}{c}X=\frac{C_{1}x+C_{2}y+C_3}{C_{7}x+C_{8}y+1}\\ Y=\frac{C_{4}x+C_{5}y+C_6}{C_{7}x+C_{8}y+1}\end{array}\right.$前面已知四个标定点的实际坐标和图像坐标，利用最小二乘法确定C₁～C₈这8个未知系数，即建立了相机标定模型；利用此模型确定空间平面和图像平面的坐标变换关系。