[发明专利]一种前方车辆单目视觉测距系统及方法

权利要求书

1.一种前方车辆单目视觉测距系统，其特征在于，包括:

计算中心、中继站、车辆端；计算中心收集中继站转发的车辆运动状态，向中继站发送服务响应；中继站与车辆端及计算中心通信；车辆端向中继站发送交通信息和车辆导航信息，通信方式包括互联网、无线网络、移动通信网络、卫星通信；

所述的计算中心包括三个模块层：云层、通信层和客户端层；所述的云层包括基础设施即服务模块、平台即服务模块、软件即服务模块和数据中心；所述的软件即服务模块包括车型识别模块、交通标志识别模块和辅助功能模块；所述的通信层包括互联网模块、无线网络模块、移动通信模块和卫星通信模块；所述的客户端层包括中继站管理模块、中继站响应模块、车载终端管理模块和车载终端响应模块；

所述的中继站包括三个模块层：本地云层、本地通信层和本地客户端层；所述的本地云层包括本地数据中心和本地软件服务模块；所述的本地软件服务模块包括车型识别模块、交通标志识别模块和辅助功能模块；所述的本地通信层包括互联网模块、无线网络模块、移动通信模块和卫星通信模块；所述的本地客户端层包括车载终端管理模块和车载终端响应模块；

所述的车辆端包括车辆通信层和车辆客户端层；所述的车辆通信层包括无线网络模块、移动通信模块和卫星通信模块；所述的车辆客户端层包括人机交互模块、车辆软件服务模块和车载智能设备，所述的车辆软件服务模块包括车辆跟踪模块、车道线提取模块、交通标志提取模块、车辆提取模块、单目视觉解算模块和ADAS辅助模块，所述的车载智能设备包括车载电脑终端、智能手机、车载卫星定位系统和摄像头。

2.一种如权利要求1所述的基于前方车辆单目视觉测距系统的测距方法，其特征在于，包括如下步骤

步骤一：初始化，车辆端分别建立与计算中心、中继站的通信；由计算中心分配计算任务，其中计算中心执行行驶环境特征分析、车辆目标检测；中继站执行车道线、交通标志识别功能；车辆端执行车道线识别与距离解算功能；

步骤二：车辆前进，车载摄像头拍摄车辆前进方向图片，车辆通信层将图片上传至计算中心和中继站；计算中心和中继站通过分析图片中的行驶环境特征，确定视觉测量策略并返回尺度信息；

其中计算中心按以下步骤通过分析图片中的行驶环境特征，对视觉测距可用信息进行判定：

若图片视野内仅车辆尾部清晰，执行依据车辆尾部信息的距离解算：由计算中心完成前方车辆的识别，由数据中心发送前方车辆的尾部尺度信息至车辆端；

若图片视野内车辆尾部清晰且车辆行进方向车道线边界清晰，执行依据车辆尾部信息和车道线信息的距离解算：由计算中心完成前方车辆的识别，由数据中心输出前方车辆的尾部尺度信息至车辆端；中继站依据车辆位置输出车辆所处交通段的车道线尺度信息，经由本地数据中心发送至车辆端；

若图片视野内车辆尾部清晰、车辆行进方向车道线边界清晰且视野内出现交通标志，执行依据车辆尾部信息、车道线信息和交通标志信息的距离解算：由计算中心完成前方车辆的识别，由数据中心输出前方车辆的尾部尺度信息至车辆端；中继站依据车辆位置输出车辆所处交通段的车道线尺度信息、交通标志信息，经由本地数据中心输出至车辆端

步骤三：车辆端运行视觉算法，提取行驶环境特征坐标，结合尺度信息，完成前方车辆单目视觉测距；

所述的车辆端运行视觉算法具体为：

若执行依据车辆尾部信息的距离解算，前方车辆距离D的计算表达式为：

式中，S为计算中心向车辆端返回的前方车辆尾部尺度信息；s为前车目标的坐标在图像坐标系下面积；k_x,k_y是预先标定摄像头参数；

若执行依据车辆尾部信息和车道线信息的距离解算，前方车辆距离D的计算方法为：车辆端获取车道分界线的图像坐标(u_i,v_i)(i＝1,2,3,...,8)，获取车辆尾部平面同道路平面交界线的端点(u₁₀,v₁₀)、(u₂₀,v₂₀)；结合计算中心返回的前方车辆尾部宽度信息L₀和中继站返回的车道线尺度信息，设置世界坐标系原点，推算车道线坐标(X_i,Y_i,Z_i)(i＝1,2,3,...,8)，获得透视参数矩阵m′；根据透视投影关系，建立融合车辆宽度信息的超定方程，通过最小二乘法，解得车辆尾部平面同道路平面交界线的端点坐标X＝[X_w1,Y_w1,X_w2,Y_w2]^T，则前方车辆距离为：

若执行依据车辆尾部信息、车道线信息和交通标志信息的距离解算，前方车辆距离D的计算方法为：

式中，S₁为计算中心向车辆端返回的前方车辆尾部尺度信息，S₂为中继站向车辆端返回的交通标志尺度信息；s₁、s₂分别为前方车辆尾部和交通标志在图片视野中图像坐标系下的面积。

3.根据权利要求2所述的一种前方车辆单目视觉测距方法，其特征在于，所述的车辆端安装有毫米波雷达，用于检测车辆与前方车辆之间的距离；

若车辆与前方车辆之间的距离满足2m＜D≤10m，前方车辆距离D的计算表达式为：

式中，S为前方车辆尾部面积信息，由数据中心提供；s为前车目标的坐标在图像坐标系下面积；k_x,k_y是预先标定摄像头参数；

若车辆与前方车辆之间的距离满足10m＜D≤30m，前方车辆距离D的计算方法为：车辆端获取车道分界线的图像坐标(u_i,v_i)(i＝1,2,3,...,8)，获取车辆尾部平面同道路平面交界线的端点(u₁₀,v₁₀)、(u₂₀,v₂₀)；结合计算中心返回的前方车辆尾部宽度信息L₀和中继站返回的车道线尺度信息，设置世界坐标系原点，推算车道线坐标(X_i,Y_i,Z_i)(i＝1,2,3,...,8)，获得透视参数矩阵m′；根据透视投影关系，建立融合车辆宽度信息的超定方程，通过最小二乘法，解得车辆尾部平面同道路平面交界线的端点坐标X＝[X_w1,Y_w1,X_w2,Y_w2]^T，则前方车辆距离为：

若车辆与前方车辆之间的距离满足D＞30m，前方车辆距离D的计算方法为：

式中，S₁为计算中心向车辆端返回的前方车辆尾部尺度信息，S₂为中继站向车辆端返回的交通标志尺度信息；s₁、s₂分别为前方车辆尾部和交通标志在图片视野中图像坐标系下的面积。