[发明专利]一种基于单目视觉的利用道路车道线的车辆反向定位方法

权利要求书

1.一种基于单目视觉的利用道路车道线的车辆反向定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、采集道路图像并进行畸变矫正

利用车辆前视摄像头即单目相机，采集单帧车辆运行时的道路图像，并依据预先标定好的相机参数，对采集到的道路图像进行畸变矫正；

(2)、车道线检测及直线近似

使用车道线检测模型对道路图像进行车道线检测，车道线检测模型输出为N条车道线；

在车道线靠近车辆的端点一定距离处，取切线，作为定位车道线，每根定位车道线用两个点(u₁,v₁)、(u₂,v₂)表示；

(3)、构建道路平面定位模型

构建相机坐标系、道路图像坐标系：在相机坐标系中X轴的方向向右，Y轴方向向下，Z轴方向向前，在道路图像坐标系中，x轴向右，y轴向下；

视道路是完全的平面，其构成道路平面Plane，得到道路平面定位模型：

其中，f_x、f_y分别为横向和纵向的相机焦距，单位为像素，其根据值为f_x＝f/d_x,f_y＝f/d_y，d_x为道路图像的行中每个像素对应的实际距离，d_y为道路图像的列中每个像素对应的实际距离，单位为mm/像素，f为相机焦距，单位是mm；

其中，X_C、Y_C、Z_C为道路平面上一个点在相机坐标系中的坐标(X_C,Y_C,Z_C)在X轴、Y轴、Z轴的坐标值，u、v为对应点在道路图像坐标系的坐标(u,v)在x轴、y轴的坐标值，u₀、v₀为相机光轴与成像平面的交点在道路图像坐标系的坐标(u₀,v₀)在x轴、y轴的坐标值；

其中，a、b、c、d为在相机坐标系下道路平面方程的系数；

(4)、定位车道线并进行处理

对步骤(2)得到定位车道线，依据道路平面定位模型，得到定位车道线在相机坐标系下的3D位置：将点(u₁,v₁)的坐标u₁、v₁分别作为u、v代入道路平面定位模型得到相机坐标系下对应点的坐标(X_C1,Y_C1,Z_C1)，将点(u₂,v₂)的坐标u₂、v₂分别作为u、v代入道路平面定位模型得到相机坐标系下对应点的坐标(X_C2Y_C2,Z_C2)，这样得到相机坐标系下的定位车道线；

4.1)、单车道线补全

如果仅有一条定位车道线，在相机坐标系下，以该定位车道线法向量为方向，将车道线向相机坐标系原点一侧平移路宽w米，形成第二条定位车道线；

4.2)、正确区分左右车道线

在相机坐标系下位于原点左边的定位车道线为左车道线，右边的定位车道线为右车道线；

(5)、定位

将左车道线表示为道路平面Plane与道路平面垂直的平面Plane_左的交线，将右车道线表示为道路平面Plane与道路平面垂直的平面Plane_右的交线，计算相机中心即相机坐标系原点到平面Plane_左的距离，得到车辆距离左车道线的距离d_左，计算相机中心即相机坐标系原点到平面Plane_右的距离，得到车辆距离右车道线的距离d_右；

先计算相机中心射线即Z轴方向射线与平面Plane_左或平面Plane_右的交点P_O、与道路平面Plane的夹角θ_camera，然后计算相机坐标系原点到交点P_O的距离d_o，最后得到相机光心所在方向与车道线夹角θ_左或夹角θ_右：

如果相机中心射线即Z轴方向射线与平面Plane_左或平面Plane_右都不相交，则相机光心所在方向与车道线夹角为0。