一种车轮与地面接触点的自动检测方法技术

一种车轮与地面接触点的自动检测方法，实现步骤包括：　　　　步骤１：建立摄像机内参数模型，获得摄像机的内参数矩阵，用于在交通事故现场拍摄的任意图像经过简单计算，获得摄像机的内参数；　　　　步骤２：根据交通事故现场的情况自动地调节摄像机的有效焦距，用于提取清晰的现场图像；　　　　步骤３：对每幅现场图像的摄像机内参数重新进行估计；　　　　步骤４：对含有车轮的现场图像进行处理，提取车轮图像的主轮廓线；　　　　步骤５：确定车轮中心投影点和垂直消影点，用于获取中心投影点和垂直消影点的投影直线；　　　　步骤６：在投影直线上寻找车轮与地面的接触点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于图像处理
，涉及摄像机标定、基于单幅图像的 测量、图像处理实际应用技术。
技术介绍
目前，交通事故现场处理主要采用人工勘査的方式，这种方式具有 处理时间长、精度低、劳动强度大、需要人员多等缺点，己经不适应现 代交通流量大、速度快的特点。近年来许多研究人员开始研究视觉测量技术在交通事故现场处理 中的应用，其基本思想是通过拍摄交通事故现场的图像进行测量，以减 少现场处理的时间，提高勘查的质量和效率；其中，事故现场特征点的 检测是应用视觉测量技术进行交通事故现场处理的一个关键问题，如车 轮与地面接触点的检测，刹车印痕的起点、终点及拐点检测，血迹及地 面散落物的形心和轮廓检测等。这些特征点的检测精度将直接影响测量 的精度和勘查质量。在现有的交通事故现场处理系统中，车轮与地面的接触点主要采取 人工提取的方式。从图6、图7中可以看出，车轮外表面与地面的接触部分在图像中几乎成一条直线段，仅仅依靠人眼很难精确地进行判断。 车胎的充气情况、天气情况、图像的拍摄时间、光照情况等许多外界因 素都会影响人眼对车轮与地面接触点的判断。比如，在晚上光线不足的 情况下，仅仅依靠人眼很难在图像中判断车轮与地面的接触点；在雨天 拍摄的图像由于车轮和地面的颜色变得非常接近而使人眼难以辨认。而 雨天和晚上又恰恰是交通事故的多发期，因此利用计算机视觉技术和图 像处理技术进行车轮与地面接触点的自动检测具有重要的应用价值和 研究意义。
技术实现思路
现有的交通事故现场处理的视觉测量技术，获取事故现场特征点， 由于交通事故现场的环境限制，会使获得这些特征点的检测精度不高， 将直接影响测量的精度和勘査质量，为了解决现有技术的问题，本专利技术 的目的是提供一种在交通事故现场处理系统的车辆定位、现场平面图 生成车轮与地面接触点自动检测方法及装置。为了实现本专利技术的目的，本专利技术是提供一种车轮与地面接触点的自 动检测方法，其实现步骤如下步骤l:建立摄像机内参数模型，获得摄像机的内参数矩阵，用于 在交通事故现场拍摄的任意图像经过简单计算，获得摄像机的内参数；步骤2:根据交通事故现场的情况自动地调节摄像机的有效焦距， 用于获得清晰的现场图像；步骤3:对每幅现场图像的摄像机内参数重新进行估计；步骤4:对含有车轮的现场图像进行处理，提取车轮图像的主轮廓线；步骤5:确定车轮中心投影点和垂直消影点，用于获取中心投影点 和垂直消影点的投影直线；步骤6:在投影直线上寻找车轮与地面的接触点。优选地，所述车轮与地面的接触点，是在三维空间中车轮与地面的 接触点在图像上的投影。优选地，所述车轮中心投影点是检测车轮图像主轮廓线的中心来近似车轮中心点的图像；垂直消影点是在垂直于地面方向的直线的消影 点。优选地，所述三维空间中车轮与地面的接触点是 在三维空间中车轮与地面的接触点位于过车轮中心点且垂直于地 面的直线上，在图像中车轮与地面的接触点位于直线的投影直线上；车轮中心投影点与垂直消影点的连接直线为投影直线，得到垂直消影点和车轮中心投影点后，直线唯一确定；在车轮图像中从车轮中心投影点幵 始沿直线指向地面的方向寻找梯度变化最大的像素点，则该点即为车轮 与地面的接触点。优选地，所述车轮与地面的接触点的确定，根据图像中车轮的个数 和分布情况确定车轮与地面的接触点步骤包括当图像中只有一个车轮时，根据调和共轭的性质对车轮中心点所对 应的图像点和垂直消影点进行优化，获得车轮与地面的接触点；对于单幅图像、多个车轮的情况当图像中存在分别位于不同车辆 的多个车轮时，对每个车轮分别进行优化；当图像中存在位于同一辆车的两个车轮时，两个车轮中心点连线方 向的消影点必位于回字形模板所在的平面兀的消影线上，根据调和共轭 和消影线的性质，同时优化两个车轮与地面的接触点。优选地，所述的估计步骤还包括利用放置在地面上的回字形模板 来估计模板平面与回字形模板像平面之间的单应矩阵；利用单应矩阵来 测量地平面上任意两点间距离，用来确定摄像机的当前有效焦距、摄像 机外参数和垂直消影点。优选地，提取车轮图像主轮廓线步骤包括在提取车轮中心投影点 之前，把原始的彩色车轮图像变为灰度图像，依次利用维纳滤波去除图 像噪声、直方图均衡化增强图像对比度、填充图像中的孔洞，最后，利用Carmy边缘检测算子提取车轮图像的轮廓线，去掉其中较小的连通区 域，从而得到车轮图像的主轮廓线。优选地，对于检测到的车轮主轮廓线，利用基于弦中点的椭圆中心 检测方法来确定车轮中心投影点，具体步骤包括利用椭圆上任意一点与椭圆上的其它点的连线构成椭圆的一组弦，则这组弦的中点构成的椭圆即为原椭圆在该点的内切椭圆；任意通过椭 圆中心的弦都被椭圆中心平分，椭圆上任意一点的内切椭圆必过椭圆的 中心，通过椭圆中心的内切椭圆的数量要多于其它位置；利用椭圆上所 有点的内切椭圆必经过椭圆中心这一性质，通过检测累加器的最大值来 确定椭圆的中心点即为车轮中心投影点。优选地，在检测时对车轮与地面的接触点的约束条件在直线指向地面的方向上，接触点前面的",个点必须是黑色的，且接触点的灰度值 与后面的 个点的灰度值之差必须大于阈值r"本专利技术的有益效果或优点本专利技术提出了一种单幅图像、单个车轮情况下接触点的自动检测方 法，它主要利用车轮与地面的接触点必位于过车轮中心的像点和垂直消 影点的直线上这一性质进行检测。该方法可以代替实际应用中主要采用 人工提取车轮与地面接触点的方式，比较有效地克服了传统检测方式中 劳动强度大、易受外界因素影响等缺点，满足系统自动处理的需要。大 量图像的实验结果均验证了该方法的有效性。解决交通事故现场的环境 限制，使获得特征点的检测精度提高。本专利技术能在交通事故现场处理车 辆定位、自动生成现场平面图。附图说明图1本专利技术中回字形模板示意2本专利技术中圆与调和共轭的示意3本专利技术中车轮图像预处理及特征点检测示意4本专利技术中椭圆任一点的内切椭圆示意5本专利技术中椭圆不同点的内切椭圆示意6本专利技术中图像中只有一个车轮时的实验结果示意7本专利技术中图像中含有同一辆车两个车轮时的实验结果示意图具体实施方式下面将结合附图对本专利技术加以详细说明，应指出的是，所描述的实 施例仅旨在便于对本专利技术的理解，而对其不起任何限定作用。1、 一些预备知识 1. 1摄像机标定本专利技术中的符号规定如下， 一个图像点坐标为一个三维 空间点在摄像机坐标系中的坐标表示为p-^义zf 。它们对应的齐次 坐标形式分别是* = (^,1/与。摄像机模型使用透视投影模型，则根据中心投影原理有<formula>formula see original document page 9</formula>(1)其中，A为非零尺度因子，^是摄像机的内参数矩阵，/是有效 焦距，S是倾斜因子，《是像素的纵横比，("。,v。f为摄像机的主点坐标。兄r是摄像机的外参数，分别表示世界坐标系到摄像机坐标系的旋转矩阵和平移向量。在实际应用过程中，我们需要根据交通事故现场的情况自动地调节 摄像机的有效焦距，在拍摄图片时，只需把摄像机设置为自动对焦，即 可以得到清晰的现场图片。因此，本专利技术给出的方法必须对每幅现场图像的摄像机内参数都重新进行估计。由于摄像机的主点坐标("。，v。f 、像素的纵横比a、倾斜因子s只与摄像机的制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种车轮与地面接触点的自动检测方法，实现步骤包括：步骤１：建立摄像机内参数模型，获得摄像机的内参数矩阵，用于在交通事故现场拍摄的任意图像经过简单计算，获得摄像机的内参数；步骤２：根据交通事故现场的情况自动地调节摄像机的有效焦距，用于提取清晰的现场图像；步骤３：对每幅现场图像的摄像机内参数重新进行估计；步骤４：对含有车轮的现场图像进行处理，提取车轮图像的主轮廓线；步骤５：确定车轮中心投影点和垂直消影点，用于获取中心投影点和垂直消影点的投影直线；步骤６：在投影直线上寻找车轮与地面的接触点。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵训坡，胡占义，曾慧，谭博怡，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：11