基于高速公路车道线的车载摄像机定标方法-研究

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1、武汉理工大学硕士学位论文1．1研究背景及意义第1章绪论计算机视觉的基本任务之一是从摄像机获取的图像信息出发计算三维空间中物体的几何信息，并由此重建和识别物体，而空间物体表面某点的三维几何位置与其在图像中对应点之间的相互关系是由摄像机成像几何模型决定的，这些几何模型参数就是摄像机参数。在大多数条件下这些参数必须通过实验与计算才能得到，这个过程被称为摄像机定标。摄像机定标是计算机视觉实现的前提和基本问题。目前，智能车辆视觉导航技术多被高档汽车所采纳，因此具有广阔的应用前景【lJ。在基于视觉导航的智能车辆中，需要根据摄像机所获取的图像信息来重建或识别目标，以及

2、摄像机在调整视野后，其外参数需要快速标定、更新，因而摄像机的定标必不可少。本课题的选题基于以上考虑，主要研究内容为“高速公路道路识别”的组成部分，即研究基于高速公路车道线的车载摄像机的定标方法，其目的是为了建立二维图像坐标与三维空间坐标的对应关系，求取摄像机参数，从而为道路图像的坐标变换提供必要参数，为进一步研究车辆测距和辅助驾驶提供必要前提。1．2摄像机定标技术随着计算机视觉学科的逐渐发展，它的应用领域在不断地扩大，先后出现了智能交通系统、智能导航系统、医学分析系统、遥感图像分析系统、工农业检测系统等应用系统i2l。摄像机定标是计算机视觉中的一个经典问

3、题。通过摄像机定标，可以确定物体的三维空间坐标和二维图像的对应关系。CCD(ChargeCoupledDevice)摄像机是对物理世界进行三维重建的一种基本测量工具，它所获取的三维物体的二维图像是以像素为单位的。空间物体表面某点的三维几何位置与其在图像中对应点之间的相互关系是由摄像机成像的几何模型决定的例。武汉理工大学硕士学位论文摄像机定标的结果，即摄像机参数，可分为摄像机内参数(IntrinsicParameters)和摄像机外参数(ExtrinsicParameters)。摄像机内参数将给出摄像机的光学和几何学特性，即摄像机成像的主要参数，如：主点(

4、PrincipalPoint：理论上是图像帧存的中心点，但在实际上，由于摄像机制作的原因，图像实际中心与帧存中心并不重合)、实际焦足E(FocalLength：与标称焦距值有一定的差距)、镜头畸变(LensDistortion：包括径向镜头畸变和切向镜头畸变)以及系统计算误差参数；摄像机外参数将给出摄像机坐标相对于世界坐标系的位置和方向，即摄像机相对于外部世界坐标的方位，如旋转参数和平移参数。摄像机定标的目的就是获取这些内外参数。摄像机定标的应用主要有两个方面【4】：一是从计算机图像坐标中导出三维几何信息。由摄像机定标所确定的摄像机模型和参数能够提供一种

5、给定某目标点的图像坐标，确定一条实际目标点必在其上的空间直线的方法，利用两幅这样的图像，就可由两条直线的交点确定这一目标点的空间位置。二是由三维信息导出二维计算机图像坐标。在利用计算机视觉的模型驱动的检测和装配应用中，关于物体三维空间的位置、方向的假设可以通过摄像机模型和参数转化对其所成图像来设定，对比该假设图像和实际拍摄图像即可拒绝或确认对物体及其空间位置的假设。摄像机定标问题不仅在计算机视觉中十分重要，而且在计算机视觉与图形学的交叉领域——基于图像的建模与真实感绘制IBMR(ImageBasedModeling&Redering)dfl也有着重要的应

6、用价值【5】。1．3国内外研究现状摄像机定标技术的研究包括两大方面，即摄像机模型(models)与摄像机标定方法(methods)16]，二者联系紧密，因为往往什么样的模型就决定需要什么样的标定方法。根据不同应用，对摄像机的标定要求也是不同的。比如说，对机器导航，要求能自动快速地进行标定，而对于度量领域的应用，精度要求是第一位的。本文第二章将会较详细地介绍摄像机模型，这里主要介绍车载摄像机标定的发展与现状。(1)国外方面：宾夕法尼亚大学GRASP实验室【8】的研究人员使用了南加利2武汉理工大学硕士学位论文福尼亚大学开发的标定工具箱进行内部参数的标定，利用

7、代表车道的直线进行外部参数的标定；意大利帕尔马大学【7】的ARGO系统假定摄像机的内部参数已知，在地面上画上已知尺寸的网格，利用网格的交点来标定外部参数；此外他们还采用了一种所谓的自标定方法，使用发动机盖上的标记点作为标定目标，这些标定点相对于车体坐标系的位置是己知的。(2)国内方面：清华大学的研究人员【9】利用地面上00N格进行标定；还有其他研究人员使用Intel的函数库进行摄像机内部参数的标定，使用类似于ARGO系统的方法标定外部参数。从国内外目前的研究情况来看，虽然上述标定方法都能够较好地解决问题，但也存在不足之处：需要专用场地，实现过程烦琐，标定

8、的参数有限。因此，对于摄像机定标问题的研究还存在着广阔的前景，在标定结果的精确性