基于公路监控视频的相机自标定检测技术研究

摘要

随着世界经济的发展，高速公路的应用也越来越广泛。目前中国高速公路里程数突破了三万公里，居世界第二位。但是随之而来的问题是高速公路上汽车行驶极易受到风霜雨雪等恶劣天气的影响，尤其是当遇到团雾或沙尘暴等突发状况时更容易发生连环追尾事故，导致更多的人员伤亡及巨大的经济损失。所以在高速公路迅速发展的形势下，能够对高速公路能见度进行实时检测对减少交通事故的发生以及出行安全来说都很有必要。
　　为实时快速检测高速公路大气能见度，对以往相机标定做出了一些改变，不再利用基于多视图几何原理处理多张图片的方法对相机进行标定，而是通过对单幅图像处理，提出了一种基于灭点对相机进行自标定的方法:首先利用帧差法对公路监控的视频截图进行背景提取，将车道标志线上行驶的车辆去除掉;然后对图像做加权平均求其灰度图像，随后进行二值化处理，减少图像信息量;经过一系列处理后发现图像会出现孔洞或伪目标点，对其进行形态学处理，减少图像杂质;最后对图像做Canny算法边缘提取，找到图像平行标志线无穷远处相交的两个点。找到这两个点后，建立基于世界坐标系、摄像机坐标系和像平面坐标系三大坐标系构成的几何模型，通过矩阵、公式推导等数学运算，利用单幅图像的像素坐标信息及高速公路车道标志线划定标准等已知条件对相机进行标定。标定后发现相机参数误差很小，可以作为相机自标定方法，是实时精确检测能见度的前提。整个标定实现过程不到1s，这点在实际运用中有很大的便捷性。
　　本文在了解到公路能见度对人们出行安全的重要性后，实现了对相机的自标定，将图像处理、对公路监控摄像头的自标定等电子行业手段运用到高速公路能见度监控系统中，取代了以往手动测量或通过架设大型仪器来测量能见度等繁琐、低效的手段，为能见度的快速检测带来了可能性。
　　最后针对标定好的图片进行试验验证后发现该算法有一定的可行性，并且使用价值高的，可以在我国高速公路能见度实时检测系统中应用。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外视频检测能见度研究现状

1．2．1 能见度定义

1．2．2 国内外能见度研究方法

1．3 研究内容及结构安排

第2章 相关理论与技术

2．1 摄像机标定方法简介

2．1．1 传统相机标定简介

2．1．2 基于主动视觉标定方法

2．1．3 相机自标定介绍

2．2 自标定理论与技术

2．2．1 直接线性变换方法(DLT)

2．2．2 TSAI两步标定法

2．3 数字图像处理相关技术

2．3．1 图像增强

2．3．2 图像滤波

2．4 本章小结

第3章 公路视频能见度图像预处理

3．1 图像预处理

3．2 图像背景提取

3．3 灰度化

3．4 二值化

3．5 形态学处理

3．6 边缘检测

3．7 本章小结

第4章 基于公路视频能见度检测技术研究

4．1 角点检测

4．1．1 基于边缘特征的角点检测

4．1．2 基于灰度信息的角点检测

4．1．3 Harris角点检测

4．2 三大坐标系

4．2．1 图像坐标系

4．2．2 世界坐标系

4．2．3 相机坐标系

4．3 相机成像的模型

4．3．1 相机的线性模型

4．3．2 相机的非线性模型

4．4 摄像机自标定方法

4．4．1 内参数

4．4．2 外参数

4．4．3 相机自标定

4．5 本章小结

第5章 公路摄像头标定检测结果与分析

5．1 自标定结果与分析

5．2 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

致谢