[发明专利]一种基于车道线边缘的道路平面检测方法

摘要

本发明公开了一种基于车道线边缘的道路平面检测方法，包括以下步骤：通过双目立体视觉系统采集图像并进行预处理；对预处理后的图像进行Canny边缘检测，并利用Hough变换的方法提取车道线边缘；基于车道线边缘，通过最小二乘法求解道路平面系数，得到道路平面方程。本发明基于车道线边缘进行道路平面检测，能够在双目立体视觉系统的基线与道路平面不平行的情况下，实现道路平面的精确检测，减少了车辆侧倾和颠簸对道路平面检测带来的影响；本发明通过匹配成功的车道线的点进行道路平面拟合，较少依赖匹配成功的地面点个数及其分布情况，即使地面点匹配个数较少且分布集中，也能实现较好的道路平面检测效果，更具有实用价值。

主权项

1.一种基于车道线边缘的道路平面检测方法，其特征在于：包括以下步骤：A、采集图像并进行预处理通过车载双目立体视觉系统即车上水平安装的左右两个摄像机采集到车辆前方包含车道线的左右两幅图像，然后用双目立体视觉系统的标定数据对左右两幅图像进行双目校正，选取校正后的左图像进行预处理：先将其转换为灰度图像，然后采用中值滤波的方法进行噪声消除；B、提取车道线边缘利用步骤A得到的预处理后的左图像进行车道线边缘提取；首先，采用Canny算子对左图像进行边缘检测；然后，将左图像等分为左右两个图像区域，通过Hough变换的方法分别检测两个图像区域中的线段；最后，对于每个区域，在Hough变换检测到的所有线段中，选取与水平方向夹角中的锐角小于60°的线段，并在满足条件的所有线段中选取最长的线段作为车道线边缘；C、基于车道线边缘拟合道路平面以图像的左上角为原点，向下为v轴正方向，向右为u轴正方向，以此建立图像坐标系(u,v)，根据步骤B检测到的车道线边缘，获得车道线边缘在左图像中的端点坐标，由此得到每条车道线在左图像坐标系(u,v)下的方程为：式中，(u1,v1)和(u2,v2)为车道线边缘线段的两个端点在图像坐标系下的坐标；通过立体视觉匹配算法，获得双目立体视觉系统采集到的左右图像的视差图，在图像坐标系(u,v)的基础上，以视差值d为第三个坐标轴建立视差图坐标系(u,v,d)，然后在视差图中找出所有满足车道线方程且视差值d不为零的点(ui,vi,di)，di≠0，i＝1,2,…,n；其中，(ui,vi)为视差图中满足公式(1)的点的坐标，di为该点的视差值，n为满足条件的点的个数，所有满足条件的点(ui,vi,di)构成特征点集Ωd；假设道路平面在以双目立体视觉系统中的左摄像机光心为原点的世界坐标系(X,Y,Z)下的表达式为：Y＝a0X+a1Z+a2  (2)式中，a0、a1和a2为方程的三个系数；根据立体视觉的投影原理，得到空间中的点在世界坐标系下的坐标(X,Y,Z)与在左图像中成像点的坐标(u,v)之间的关系为：式中，d为视差值，b为左右两个摄像机的基线距，f为摄像机焦距，u和v分别为空间的点在左图像中成像点的横坐标和纵坐标，cx和cy分别为双目校正后左图像坐标系原点与校正前左图像坐标系原点的横向和纵向偏移；将公式(3)代入公式(2)中，得到道路平面在视差图坐标系(u,v,d)下的方程为：由于u和d前的系数均为常数，所以道路平面上的点投影到视差图坐标系中后仍为平面，其方程为：v＝k0u+k1d+k2  (5)式中，k₀＝a₀，k₂＝c_y‑a₀c_x+a₁f，利用特征点集Ω_d，通过最小二乘拟合的方法求解系数k₀、k₁和k₂，具体求解方法如下式所示：式中，n为特征点集Ωd中的点的数量，(ui,vi,di)为特征点集中Ωd的点在视差图坐标系下的坐标；求出三个系数k0、k1和k2后，代入公式(5)中，即得到道路平面在视差图坐标系下的方程，然后在视差图中找到所有满足该方程的点(ui,vi,di)，这些点构成的点集Ω即为需要检测的道路平面。