[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

说明书

本发明公开了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，包括：采集道路图像并进行畸变矫正、车道线检测及直线近似、基于道路平面假设模型构建道路平面定位模型、定位车道线并进行处理并定位得到车辆距离左右车道线的距离以及与车道线的夹角，完成利用车道线的车辆定位。本发明针对单目定位车道线的难点问题，提出了道路平面定位模型以及相应定位框架，实现了单目单帧图像对车道线、车辆相对位置的定位，并通过预先标定好的相机参数解决了单目视觉尺度不确定问题，这样获得了精准的尺度信息，提高了车辆定位精度。

技术领域

本发明属于车辆定位技术领域，更为具体地讲，涉及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，用于确定车辆自身在车道中的位置。

背景技术

在无人驾驶中，获取车辆自身定位是进行感知决策的先决条件，并且定位系统需要具有较好的鲁棒性和较高的精确性。通常用来定位的传感器包括相机、激光雷达、全局GPS定位等，其中，单目相机在无人驾驶中具有重要的使用价值。单目相机具有高质量的信息，并且不需要做外参标定，同时相比于多目视觉和激光雷达节省了大量计算资源；同时，单目相机不依赖外界信号，相比GPS具有更好的鲁棒性。遗憾的是，单目相机一般具有尺度不确定性，在无外界知识的先验下，仅依赖单目相机不能获得完整、具有尺度的定位信息，

在2011年10月19日公布的、公布号为CN102221358A的中国发明专利申请中，公开了一种基于逆透视投影变换的单目视觉定位方法，其将姿态传感器与相机固定在一起，安装在轮式车辆上，对行驶过程中拍摄的图像进行下述处理：第一步，对图像序列进行逆透视投影变换；第二步，计算相邻图像间的变换矩阵；第三步，确定轮式车辆行驶轨迹曲线。该技术方案利用姿态传感器获得的实时姿态信息辅助轮式车辆的定位，获得了较高精度的定位结果；将图像进行逆透视投影变换，消除了透视效果，进一步提高了轮式车辆定位精度。然而，该技术方案所使用的单目相机定位方法比较依赖姿态传感器的测量结果，同时，为了拍摄到尽可能多的路面信息，相机的安装位置和角度也具有较大难度，无人驾驶汽车的感知定位需要更多前向信息作为参考，此种方式的感知力度比较差。另外，在只有单目相机的基础上，仍然很难获得精准的尺度信息。

在2017年05月10日公布的、公布号为CN106651953A的中国发明专利申请中，公开了一种基于交通指示牌的车辆位姿估计方法，其首先通过常规GPS设备获得车辆概略位置，通过安装在车辆前方的单目相机获取车辆前方的影像。之后在一帧图像中检测交通指示牌，如未检测到指示牌即处理下一帧图像。检测得到交通指示牌后，提取指示牌的4个控制点坐标，再通过GPS概略信息获得数据库中预存的该指示牌的4个正交控制点坐标，4对控制点之间一一对应，计算由输入图像中指示牌位置到数据库正交位置的平面透视变换矩阵，由该矩阵解算得到车辆在交通指示牌坐标系下的精确位置和姿态。当车辆在设有交通指示牌的道路上行驶时，该技术方案能够快速定位车辆在指示牌坐标系下的位置和姿态，具有实时性高，成本低廉，易于大规模推广的优点。尽管该技术方案在速度上能达到无人驾驶需求，但是具有对交通指示牌的高度依赖性，同时，控制点的坐标对交通指示牌的选取具有一定要求，在没有路标牌的地点失去定位功能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供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，以获得精准的尺度信息，提高车辆定位精度。

为实现上述发明目的，本发明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(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；