一种基于三维激光视觉和高精度车道模型的计算机评判系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于三维激光视觉和高精度车道模型的计算机评判系统和方法，安装在驾考车辆上，包括嵌入式车载终端、移动通讯模块、三维激光扫描仪和高精度卫星接收机，车载终端运行基于三维激光扫描和高精度车道模型的机器视觉模块和评判模块；车载终端通过移动通讯模块实时下载高精度车道模型，通过视觉模块识别车辆、行人，判断距离和车速，结合评判模块判断会车、超车、前方行人通过时的驾驶员行为是否符合规范，得出相应考试成绩。本发明专利技术通过三维激光扫描与高精度车道模型融合计算，对行人车辆的目标进行识别和跟踪，能更精确地反映车辆周边目标对象在三维空间中的位置和速度信息，根据评判模块实现以往驾驶员实际道路考试系统中无法实现的与周边车辆行人有关的评判。

A computer evaluation system and method based on 3D laser vision and high precision lane model

The invention discloses a computer evaluation system and method of 3D laser vision and high precision lane based on model, installed in the vehicle driving test, including embedded vehicle terminal, mobile communication module, 3D laser scanner and high precision satellite receiver, the vehicle terminal operation of three-dimensional laser scanning and high precision lane model machine vision module and evaluation module based on the vehicle terminal; through real-time download high precision lane model mobile communication module, through the visual recognition module for vehicles and pedestrians, determine the distance and speed, combined with the evaluation module to determine the driver's behavior of overtaking, when passing pedestrians in front is in accordance with the specification, and draw the corresponding examination results. The present invention by 3D laser scanning and high precision lane model fusion calculation of pedestrian vehicle target recognition and tracking, can more accurately reflect the position and speed information of the vehicle around the target object in three-dimensional space, according to the evaluation module can not be achieved before the actual driver road examination system and the surrounding vehicles and pedestrians on the judgment.

【技术实现步骤摘要】
一种基于三维激光视觉和高精度车道模型的计算机评判系统和方法
本专利技术涉及一种驾驶员计算机自动考试方法及系统，属于车载计算机视觉领域。
技术介绍
驾驶员计算机自动考试设备是一类安装在驾驶员考试中心考试车辆上的车载电子设备，用于通过卫星定位、车载传感器和计算机智能算法获得考生在考试过程中的驾驶行为的信息，自动得出考生考试成绩。现有科目三实际道路考试设备由于不具备行驶过程中对车辆周边的行人和车辆的识别功能，许多评判功能无法实现，比如当会车、超车以及正常行驶过程中与周边车辆保持安全距离、前方出现行人时是否减速慢行等。行人车辆目标识别与跟踪技术作为计算机视觉技术，在安全辅助驾驶等领域具有重要意义。在目标识别与跟踪问题的研究中，较多使用的是视频数据。由于视频数据的局限性，其展示的是二维成像平面上的数据，缺乏目标对象的深度信息，不能很好的反映目标对象在三维空间上的位置和运动过程。但现有的车载激光扫描技术在对点云数据进行分割的算法普遍存在算法复杂度过高、效率过低的问题，且现有的车载激光扫描技术不能有效获得车辆对象所在车道及车道行驶方向等重要特征信息。
技术实现思路
专利技术目的：针对上述技术问题，提供一种基于三维激光视觉和高精度车道模型的计算机评判系统和方法，能更精确地反映目标对象在三维空间中的位置和距离信息，对完全依赖激光点云的视觉方法进行改进，加入实时高精度定位数据和高精度车道模型参与计算，获得车辆所在车道等重要特征，同时降低了分割过程的算法复杂度，提高实时计算能力和实用性。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于三维激光视觉和高精度车道模型的计算机评判系统和方法，安装在驾考车辆上，包括嵌入式车载终端、移动通讯模块、扫描仪模块和卫星定位模块，车载终端运行基于三维激光扫描和高精度车道模型的机器视觉模块和评判模块。车载终端通过移动通讯模块实时下载高精度车道模型，通过视觉模块识别车辆、行人，判断距离和车速，结合评判模块判断会车、超车、前方行人通过时的驾驶员行为是否符合规范，得出相应考试成绩。优选的：所述机器视觉模块包括依次连接的激光点云数据构建模块、高精度定位模块、点云数据和定位数据配准模块、点云数据过滤模块、点云数据压缩模块、点云数据分割模块、点云数据聚类模块、点云对象特征检测模块、点云对象人车目标识别模块、点云对象跟踪和速度检测模块。优选的：所述评判模块包括依次连接的高精度卫星输入模块、评判规则模块、成绩输出模块。优选的：所述高精度车道模型为事先通过高精度卫星接收机测得的车道模型信息，考车通过实时经纬度坐标向服务端请求所在区域的车道模型，实时获取车道模型，数据通过移动通讯信号传送。优选的：所述扫描仪模块包括依次连接的三维激光扫描仪和扫描仪控制盒。优选的：所述卫星定位模块包括依次连接的卫星天线和高精度卫星接收机。一种基于三维激光视觉和高精度车道模型的计算机评判方法，包括以下几个步骤：步骤1：三维激光扫描仪实时采集驾考车辆周围的三维点云数据，并将三维点云数据输入车载终端。通过高精度卫星接收机接收卫星天线的实时数据输入车载终端。步骤2：运行在车载终端上的机器视觉模块对三维点云数据和高精度卫星接收机接收的实时数据进行处理，对车辆周边行人和车辆目标进行识别、跟踪和运动信息提取，将结果输入评判模块。步骤3：评判模块根据驾考车辆与周边车辆距离、驾考车辆车速信息判断驾驶员在考试项目中与周边车辆是否保持安全距离，是否减速礼让行人，判断是否应该采取相应的扣分。所述步骤2中机器视觉模块对接收到的三维点云数据和高精度卫星接收机接收的实时数据的处理方法：步骤2.1，三维点云数据构建:针对每一帧三维点云数据的每一扫描点可测得扫描仪至扫描点的距离,配合扫描的水平角和竖直角,可以求得每一扫描点的三维坐标。步骤2.2，考车定位:针对1cm精度的经纬度坐标和航向角，通过仿射变换获得实时考车模型位置。步骤2.3，点云数据和定位数据配准：三维点云数据与高精度车道模型以及高精度卫星实时数据统一坐标系,为后续融合计算作准备。步骤2.4，三维点云数据过滤：过滤噪点数据和距离过远的点数据。步骤2.5，三维点云数据压缩：对大量点云数据在保留特征的情况下进行精简。步骤2.6，三维点云数据分割：对三维点云数据的空间特征的分类，去除无用数据所述无用数据包括地面点、建筑物点数据。分割过程中将三维点云数据和高精度车道模型数据以及高精度卫星接收机接收的实时数据进行融合计算，使用车道多边形作为分割依据。步骤2.7，三维点云数据聚类：将分割操作得到的相近的三维点云数据聚成一类，便于提取。步骤2.8，目标距离特征提取：通过对三维点云数据对象的人车目标，提取特征。所属特征包括对象所在的车道或人行道，计算区域对象的定向包围盒与跟踪门范围，对象距离以及外形尺寸和反射率统计直方图，构建特征向量。步骤2.9，对三维点云数据的人车目标识别：通过特征向量提取和分类器训练，使用训练好的分类器对目标对象进行识别。步骤2.10，目标跟踪与速度检测：对于三维点云数据的人车目标，关联前后两帧里的同一目标，获取目标对象的运动轨迹，从而计算目标的运动速度。所述步骤2.4中采用中值滤波方法过滤噪点数据和距离过远的点数据。所述步骤2.6中采用平面网格方法对融合后的三维点云数据分割。所述步骤2.7中采用区域增长算法将分割操作得到的相近的三维点云数据聚成一类。所述步骤2.9中对特征向量采用AdaBoost算法进行机器学习训练。所述步骤2.10中获取目标对象的运动轨迹的方法：保留上一帧各对象的跟踪门、反射率统计直方图，如果有轨迹信息，则通过线性运动方程求出预测位置，做上一帧各对象和新帧各对象的反射率直方图。将上一帧和新帧各待测对象进行比对，在满足关联条件的多个新对象中，求出相似度最高的对象为关联对象，将关联对象的各特征属性信息进行赋值，比对是一个级联过程。最后根据对象轨迹数据和每帧时间戳计算对象运动速度。有益效果：本专利技术相比现有技术，具有以下有益效果：本专利技术通过三维激光扫描对行人车辆的目标识别和跟踪技术，能更精确地反映目标对象在三维空间中的位置和距离信息，根据判断模块实现以往驾驶员实际道路考试系统中无法实现的与周边车辆行人有关的评判。同时对完全依赖激光点云的视觉方法进行改进，加入实时高精度定位数据和高精度车道模型参与计算，获得车辆所在车道等重要特征，同时降低了分割过程的算法复杂度，提高实时计算能力和实用性。附图说明图1是本专利技术的结构原理图。图2是本专利技术的程序算法流程图。图3点云数据构建公式。图4为原始点云数据示意图。图5为点云数据与高精度车道模型统一坐标系后示意图。图6为原始图像示意图。图7为计算分割区域示意图。图8为分割结果示意图。图9点云特征计算，其中，图9a为定向包围盒与对象尺寸计算示意图，图9b为对象距离计算示意图。图10点云对象跟踪与速度检测结果示意图。图11高精度车道模型采集与构建示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本专利技术，应理解这些实例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。如图1、11所示，一种基于三维激光视觉和高精度车道模型的计算机评判系统，安装在驾考车辆上，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于三维激光视觉和高精度车道模型的计算机评判系统，其特征在于：包括嵌入式车载终端、移动通讯模块、扫描仪模块和卫星定位模块，车载终端运行基于三维激光扫描和高精度车道模型的机器视觉模块和评判模块；车载终端通过移动通讯模块实时下载高精度车道模型，通过机器视觉模块识别车辆、行人，判断距离和车速，结合评判模块判断会车、超车、前方行人通过时的驾驶员行为是否符合规范，得出相应考试成绩。

【技术特征摘要】
1.一种基于三维激光视觉和高精度车道模型的计算机评判系统，其特征在于：包括嵌入式车载终端、移动通讯模块、扫描仪模块和卫星定位模块，车载终端运行基于三维激光扫描和高精度车道模型的机器视觉模块和评判模块；车载终端通过移动通讯模块实时下载高精度车道模型，通过机器视觉模块识别车辆、行人，判断距离和车速，结合评判模块判断会车、超车、前方行人通过时的驾驶员行为是否符合规范，得出相应考试成绩。2.根据权利要求1所述的基于三维激光视觉和高精度车道模型的计算机评判系统，其特征在于：所述机器视觉模块采用了三维激光点云数据和高精度车道模型数据以及高精度卫星接收机实时数据融合解算的方式，实时接收激光点云数据和高精度定位和航向数据；高精度车道模型事先通过高精度卫星接收机测绘获得保存在服务端，通过移动通讯模块实时下载到车载终端。3.根据权利要求1所述的基于三维激光视觉和高精度车道模型的计算机评判系统，其特征在于：所述机器视觉模块包括依次连接的激光点云数据构建模块、高精度定位模块、点云数据和定位数据配准模块、点云数据过滤模块、点云数据压缩模块、点云数据分割模块、点云数据聚类模块、点云对象特征检测模块、点云对象人车目标识别模块、点云对象跟踪和速度检测模块。4.根据权利要求1所述的基于三维激光视觉和高精度车道模型的计算机评判系统，其特征在于：所述评判模块包括依次连接的评判规则模块、成绩输出模块。5.根据权利要求1所述的基于三维激光视觉和高精度车道模型的计算机评判系统，其特征在于：所述扫描仪模块包括依次连接的三维激光扫描仪和扫描仪控制盒。6.根据权利要求1所述的基于三维激光视觉和高精度车道模型的计算机评判系统，其特征在于：所述卫星定位模块包括依次连接的卫星天线和高精度卫星接收机。7.一种基于三维激光视觉和高精度车道模型的计算机评判方法，其特征在于，包括以下几个步骤：步骤1：三维激光扫描仪实时采集驾考车辆周围的三维点云数据，并将三维点云数据输入车载终端；高精度卫星接收机接收卫星天线的实时接收高精度的考车定位和航向数据；步骤2：运行在车载终端上的机器视觉模块对三维点云数据和高精度卫星接收机接收的实时数据进行处理，对车辆周边行人和车辆目标进行识别、跟踪和运动信息提取，将结果输入评判模块；步骤3：评判模块根据驾考车辆与周边车辆距离、驾考车辆车速信息判断驾驶员在考试项目中与周边车辆是否保持安全距离，是否减速礼让行人，判断是否应该采取相应的扣分。8.根据权利要求7所述的基于三维激光视觉和高精度车道模型的计算机评判方法，其特征在于：所述步骤2中机器视觉模块对接收到的三维点云数据和高精度...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海青，
申请(专利权)人：南京多伦科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32