ADAS系统中基于摄像头的测距技术研究

摘要

视觉测距技术在汽车高级驾驶辅助系统(Advanced Driver Assistance Systems，ADAS)中占有很重要的地位，为汽车先进驾驶辅助系统提供现实道路场景中的距离信息。视觉测距技术制约汽车辅助系统的性能提升，因此开发一套能够适应当前汽车驾驶辅助系统需要的视觉测距系统是一个十分重要的内容。 目前国内的视觉测距系统多采用第三方摄像机标定软件获得双目测距系统的内外参数，再结合专业软件的处理得到关于立体匹配信息，最终实现目标三维位置信息获取。现有的视觉测距平台主要是基于第三方软件工具进行开发及测距操作，从摄像机标定到图像匹配的过程中易出现较多的实用性问题。 本论文针对视觉测距系统中存在的摄像机安装精度不足、系统标定功能不完善、图像匹配功能欠缺等问题，开发了一种基于摄像头的视觉测距系统，能够在Windows平台上实现一系列的视觉测距功能。本视觉测距系统可实现四方面功能：摄像机标定、双目摄像机高精度装配、图像匹配、目标距离获得。本论文主要工作如下： （1）研究了视觉测距中的摄像机标定，首先对张正友的棋盘标定法进行了详细的推导分析，然后使用SIFT完成标定图片的角点检测之后进行摄像机标定。这为后续实现摄像机的标定功能打下坚实的基础。 （2）提出了一种视觉测距系统的高精度装配方法。根据视觉测距原理，通过分别调整单个摄像头，使得标定物在成像面中的投影达到相应的刻度，摄像机坐标系与平面坐标系之间没有旋转只有平移。从而实现左右摄像机投影面共面且行对准，最终实现高精度装配并获取高精度无误差的测距图像。 （3）通过图像匹配获得双目测距系统视差。双目测距系统的测距性能直接受到图像匹配结果的影响。通过对三种特征点提取技术进行测试，我们选择SIFT角点检测技术作为图像匹配的基础，图像匹配实验结果表明，基于SIFT角点检测的方法匹配速度快，匹配精度高。 （4）提出了基于Windows系统的设计方案。为解决视觉测距功能方面的不足，提高视觉测距软件功能的适应性和稳定性，同时方便用户的使用，本设计方案在Windows系统下进行了系统功能测试。结果表明，本系统具有较高的可行性和可靠性，能够实现稳定的测距功能。

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第一章绪论

1.1研究背景及意义

1.2车辆的测距技术对比分析

1.3国内外发展研究现状

1.3.1国外发展现状

1.3.2国内发展现状

1.4研究工作及内容安排

第二章 摄像机成像模型及视差原理

2.1摄像机成像模型

2.2摄像机的各个坐标系及转换

2.2.1坐标系转换

2.2.2各个坐标系的转换

2.2.3非线性摄像机模型

2.3双目视觉模型及极线约束

2.3.1双目视差测距原理

2.3.2极线约束条件

2.4本章小结

第三章 摄像机标定与高精度装配

3.1张正友棋盘标定法

3.1.1基于棋盘格标定板的标定原理

3.1.2立体标定

3.1.3实验及标定结果

3.1.4标定结果

3.2视觉测距系统的高精度装配

3.2.1视觉测距装配原理

3.2.2摄像机标定及实验结果

3.3本章小结

第四章 基于特征提取的图像匹配技术

4.1图像特征提取

4.1.1 Harris角点检测

4.1.2 SUSAN角点检测

4.1.3 SIFT角点检测

4.1.4特征点算子检测的性能比较

4.2双目测距图像匹配技术

4.2.1图像匹配的数学模型

4.2.2立体匹配相似性测度

4.2.3图像匹配的约束条件

4.2.4 SIFT特征匹配

第五章视觉测距系统的功能实现

5.1系统结构

5.2系统界面与部分实现

5.3双目摄像机高精度装配功能实现

5.4摄像机标定功能实现

5.5立体匹配及测距功能实现

5.6本章小结

第六章总结及展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

攻读硕士期间参与科研项目

攻读硕士学位期间发表的学术论著