车辆辅助驾驶-运动中二维到三维映射算法的研究与实现

摘要

随着现代经济的发展，城市化、汽车化的加快，迫切需要交通管理方法的现代化，这样就产生了对智能交通系统(ITS)的研究。车辆辅助驾驶是智能交通系统的重要组成部分。以其自主式车辆事故预警和行驶导航机制，车辆辅助驾驶系统在提高汽车的主动安全性能和减少交通事故方面有着广阔的应用前景。采用计算机视觉技术的辅助驾驶系统，由于其探测范围的完整性和宽广性，具有优越的性价比，是辅助驾驶系统的重点发展方向之一。 在过去十几年里，基于视觉的车辆检测技术被越来越多地应用于辅助驾驶系统中。车载辅助驾驶系统旨在向驾驶员提供驾驶环境信息和警告以及它车可能的碰撞。因此研究周围环境中他车与自车之间的距离和他车宽度的估算方法对车载辅助驾驶系统具有重要的意义。 本文基于摄像机的小孔成像原理，构造出在运动中二维图像到三维世界映射的算法。该算法利用车载单目摄像机拍摄图像，并基于所拍摄图像估算他车与自车的距离和他车的宽度。由于车辆在运动的过程中实时的抖动，这将导致摄像机的光轴不再与世界坐标系下的路面平行，所以摄像机的透射公式不适用于运动中估算他车与自车的距离和他车的宽度。而本文提出的方法是在透视投影几何关系中，利用每帧图像中消失线的位置坐标、摄像机内部参数和摄像机中心位置距离地面的高度，来推导出估算他车与自车的距离和他车宽度的新方法。该方法不需要假定路面是平坦的，还不受车载摄像机的光轴与世界坐标系平行的限制。实验结果表明本文方法无论是在不同光照的情况下(阴天、黄昏、黎明等)，还是在不同天气情况下(雨天、雪天、雾天等1，均具有很高的精度、很好的实时性和鲁棒性。 本文还将算法的结果应用到对后方车辆识别中ROI的分割判断上。实验结果表明该算法在判断是否保留分割ROI上具有很好的适用性，不仅降低了误识别，而且还降低了图像处理时间。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1智能交通系统(ITS)

1.1.1 ITS概念

1.1.2 ITS现状

1.1.3 ITS趋势

1.2车辆辅助驾驶系统(DAS)

1.2.1 DAS应用

1.2.2 DAS意义

1.3车辆检测概述

1.3.1车辆检测的国外发展现状

1.3.2车辆检测的国内发展现状

1.4本课题研究的目的和意义

1.4.1研究的目的

1.4.2研究的意义

1.5本文的主要工作

1.5.1主要研究内容

1.5.2论文的组织结构

第二章摄像机标定

2.1引言

2.2摄像机标定技术研究的意义

2.3摄像机成像模型

2.3.1坐标系的建立

2.3.2摄像机的成像过程

2.3.3畸变模型

2.4传统摄像机标定方法

2.4.1线性求解方法

2.4.2非线性优化方法

2.4.3两步方法

2.5本文使用的摄像机标定方法

2.5.1摄像机参数的标定方法

2.5.2摄像机标定程序的步骤和流程图

2.6摄像机标定的实验结果

2.7本章小结

第三章消失线检测

3.1引言

3.2消失线检测的概述

3.2.1消失线的定义和研究意义

3.2.2消失线检测现有技术的概述

3.3消失线检测

3.3.1搜索步中对图像直线段寻找的方法

3.3.2累积步中对消失线定位的方法

3.4算法程序测试结果

3.5本章小结

第四章运动中二维到三维映射算法的研究与实现

4.1引言

4.2运动中二维到三维映射的现有方法

4.3单目摄像机估算距离的现有方法和实验结果

4.3.1 IPM模型法估算距离

4.3.2矩阵模型法估算距离

4.4运动中二维到三维映射算法的研究

4.4.1后方图像分割

4.4.2他车与自车距离的方法研究

4.4.3他车宽度的方法研究

4.5实验测试结果

4.6本章小结

第五章总结和展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

致谢