[发明专利]一种基于单目视觉的车辆长度测量方法

权利要求书

1.一种基于单目视觉的车辆长度测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：使用张正友标定法进行相机标定，得到相机光心对应于图像中的横坐标x_g；

步骤2：根据实际场地大小定制一张正方形黑白格组成的标定板，将标定板垂直于地面车道线处拍取一张图片，计算该图片对应的相机图像坐标到车道线平面坐标的单应性矩阵H，公式(1)表示图像坐标系到世界坐标系的对应关系，则相机光心横坐标对应的物理横坐标为x_wg，同时通过Hough直线检测算法检测得到车道线并标记为L；

其中，(X_p1,Y_p1)表示图像坐标，(X_wp1,Y_wp1)表示车道线平面的世界坐标；

步骤3：使用卷积神经网络对序列图像进行检测，得到车身侧面矩形框集合A＝{c_i|i＝1,2,…,m}、前轮毂区域集合WF＝{f_i|i＝1,2,…,m}和后轮毂区域集合WR＝{r_i|i＝1,2,…,m}，其中，m表示序列图像总数，c_i表示车身侧面矩形框，f_i表示前轮毂区域矩形框，r_i表示后轮毂区域矩形框，使用霍夫变换找到f_i和r_i中最大内接圆的圆心(x_fi,y_fi)和(x_ri,y_ri)，通过公式(1)得到前后轮毂圆心的世界坐标(x_wfi,y_wfi)和(x_wri,y_wri)，则车辆在第i帧的轴距物理长度为wd_i＝|x_wri-x_wfi|，同时，结合公式(1)可计算得到r_i的最大内接圆的物理直径R_i；

步骤4：通过公式(1)将c_i转换为世界坐标下的矩形框c_wi，则可根据公式(2)计算每帧图像中车辆相对于第一帧的物理行驶距离rd_i；

rd_i＝|c_wi.x-c_w1.x| (2)

其中，c_wi.x表示第i帧车身侧面矩形框在世界坐标系下的左上角的横坐标；

步骤5：车辆行驶路线偏离检测，具体步骤为：

5.1：计算第i帧车辆轴距wd_i与第一帧车辆轴距的差值AW_i＝|wd_i-wd₁|，若存在AW_iw₀，则判断为车辆偏离行驶，记录车辆偏离行驶总帧数偏离行驶帧号集合F＝{i|AW_iw₀,i＝1,2,...,m}，其中，I(·)表示示性函数，若其参数值为真则返回1，否则返回0；w₀表示轴距差值的阈值；

5.2：若不存在车辆偏离行驶，或存在车辆偏离行驶但满足公式(3)的约束且满足则检测到的车辆长度为cl＝c_wq.w；

(rd_i＜|x_wg-c_w1.x|-c_wi.w)||(rd_i＞|x_wg-c_w1.x|),i∈F (3)

其中，c_wq.w表示第q帧车身侧面矩形框在世界坐标系下的物理宽度；

5.3：若存在车辆偏离行驶但不满足公式(3)的约束，则结合公式(1)计算后轮毂矩形框r_k的像素坐标点(x_rk,c_k.y+c_k.h)得到对应的世界坐标P_k，然后根据公式(4)计算P_k到车道线L的垂直物理距离，其中，k∈F，并将所有这些垂直物理距离记录为偏离距离集合D＝{d_k|k∈F}，c_k.y表示第k帧车身侧面矩形框左上角的纵坐标，c_k.h表示第k帧车身侧面矩形框的高度；

其中，R₁为第一帧车辆后轮毂直径，R_k为第k帧偏离行驶车辆的后轮毂直径，u表示相机镜头到车道线的垂直物理距离；

5.4：以场景俯视图为坐标系，车道线为X轴，以车辆行驶方向在车道线距离rd₁处为原点，在集合D中取每帧偏离距离d_k与当前帧车辆行驶距离rd_k组成坐标集合W＝{(d_k,rd_k)|k∈F}并使用最小二乘法把点集W中的点进行车辆偏离路线拟合直线并得到直线斜率b，通过α＝arctan(b)求得行驶偏离路线与车道线的夹角α；

步骤6：找到满足等式rd_r＝x_wg-u×tan(α)的图像帧号r，根据公式(5)求得在偏离行驶情况下的车辆长度cl：

其中，c_wr.w表示第r帧车身侧面矩形框在世界坐标系下的物理宽度。