[发明专利]一种车轮与地面接触点的自动检测方法

说明书

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，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。

背景技术

目前，交通事故现场处理主要采用人工勘查的方式，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，已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。

发明内容

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查质量，为了解决现有技术的问题，本发明的目的是：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。

为了实现本发明的目的，本发明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开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π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Canny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。