本文關(guān)鍵詞：視頻測速系統(tǒng)中的測距和攝像機(jī)標(biāo)定研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

第一章引言；烈的抖動(dòng)則會(huì)影響；可以說解決了以上四個(gè)問題后，本文所提出的方案就能；第一章引言部分，該章首先簡單介紹了機(jī)器視覺技術(shù)的；第二章方案研究部分，從理論和實(shí)際出發(fā)，分析本系統(tǒng)；第三章車道線提取，本章首先介紹了圖像處理的相關(guān)理；第四章攝像機(jī)成像模型與測距，該章首先介紹了攝像機(jī)；第五章攝像機(jī)標(biāo)定，該章首先介紹了當(dāng)前主流的攝像機(jī)；第六章是系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境和相關(guān)的

第一章引言

烈的抖動(dòng)則會(huì)影響。因此，本文提出一種解決算法，該算法每隔一段時(shí)間提取一次車道線坐標(biāo)，如果新提取的坐標(biāo)與舊的坐標(biāo)之間的距離超過一個(gè)閾值，則重新標(biāo)定攝像機(jī)和提取車道線坐標(biāo)。

可以說解決了以上四個(gè)問題后，本文所提出的方案就能很好地適應(yīng)高速公路上的具體情況，實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)車視頻測距問題，最終達(dá)到機(jī)動(dòng)車視頻測速的目的。該方案是一種能簡單快速標(biāo)定架設(shè)于高速公路中的攝像機(jī)，并適用于雙車道或三車道的，有自我適應(yīng)能力的方案，是攝像機(jī)標(biāo)定在應(yīng)用中的一個(gè)創(chuàng)新。論文的各個(gè)章節(jié)內(nèi)容安排如下：

第一章引言部分，該章首先簡單介紹了機(jī)器視覺技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，特別是攝像機(jī)標(biāo)定技術(shù)的進(jìn)展和研究現(xiàn)狀。然后，分析了本課題的研究目的，提出如何利用單目攝像機(jī)進(jìn)行測距。最后介紹了本文的課題解決方案，以及課題中主要工作和取得的成果。

第二章方案研究部分，從理論和實(shí)際出發(fā)，分析本系統(tǒng)需要解決的問題，并在此基礎(chǔ)上提出了本系統(tǒng)的大體解決方案，為系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)搭建了一個(gè)整體框架。

第三章車道線提取，本章首先介紹了圖像處理的相關(guān)理論，然后結(jié)合課題實(shí)踐，將這些圖像處理的方法應(yīng)用到本課題中；同時(shí)針對(duì)課題中遇到的邊緣提取問題，提出用雙閾值法解決車道線分割問題，并取得了良好效果；最后利用霍夫變換提取車道線及其坐標(biāo)。

第四章攝像機(jī)成像模型與測距，該章首先介紹了攝像機(jī)的成像模型原理，在此基礎(chǔ)上，簡化成像模型，以平面映射為原理的方法來實(shí)現(xiàn)單目攝像機(jī)的測距問題；利用第三章提取的車道線為對(duì)應(yīng)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了該方法，并給出了這種方法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和誤差，對(duì)誤差進(jìn)行分析。最后本章還提出了測距中的攝像機(jī)抖動(dòng)問題，并給出了抖動(dòng)的解決方案。

第五章攝像機(jī)標(biāo)定，該章首先介紹了當(dāng)前主流的攝像機(jī)標(biāo)定理論，以及標(biāo)定方法，而后根據(jù)本課題的實(shí)際情況提出發(fā)，提出了本課題的標(biāo)定方案，即：先標(biāo)定攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)，再用三線法標(biāo)定外參數(shù)，最后利用標(biāo)定好的攝像機(jī)虛擬出一條車道線進(jìn)而實(shí)現(xiàn)測距。

第六章是系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境和相關(guān)的軟件開發(fā)問題，介紹了系統(tǒng)地開發(fā)工具，所用的軟硬件設(shè)備。第七章是總結(jié)和展望，該章是作者在研究期間的一些感想和對(duì)于系統(tǒng)改進(jìn)的想法。５

第二章視頻測速基本原理及相關(guān)問題

第二章課題方案研究

隨著信號(hào)處理理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們?cè)噲D用攝像機(jī)獲取環(huán)境圖像并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)視覺信號(hào)處理的全過程，這樣就形成了一種新興的學(xué)科——計(jì)算機(jī)視覺。當(dāng)前，機(jī)器視覺在國民經(jīng)濟(jì)、科學(xué)研究及國防建設(shè)等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，這些領(lǐng)域包括：工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線應(yīng)用，各類檢驗(yàn)和監(jiān)視應(yīng)用，視覺導(dǎo)航應(yīng)用，圖像自動(dòng)解釋應(yīng)用，人機(jī)交互應(yīng)用，虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用等【ｌ制。

本課題所涉及的利用架設(shè)在高空的攝像機(jī)采集圖像，從圖像中車輛的位移求解出現(xiàn)實(shí)中的位移，為視頻測速系統(tǒng)提供測距服務(wù)就是機(jī)器視覺在檢測監(jiān)視中的應(yīng)用［１５’１９】�？v觀機(jī)器視覺的知識(shí)，我們很容易就能想到利用攝像機(jī)三維視覺來確定車輛所發(fā)生的位移。當(dāng)前的三維視覺方法很多，有雙目立體視、結(jié)構(gòu)光三維視覺和其他三維視覺技術(shù)等。

２．１當(dāng)前技術(shù)可行性分析

２．１．１雙目立體視覺

雙目立體視覺是基于視差原理，由多幅圖像獲取物體三維幾何信息的方法。在機(jī)器視覺系統(tǒng)中，雙目立體視覺一般由雙攝像機(jī)從不同角度同時(shí)獲取周圍景物的兩幅數(shù)字圖像，或由單攝像機(jī)在不同時(shí)刻從不同角度獲取周圍景物的兩幅數(shù)字圖像，并基于視差原理即可恢復(fù)出物體三維幾何信息，重建周圍ｉ景物的三維形狀和位置。

雙目立體視覺是基于視差的，由三角法原理進(jìn)行三維信息獲取，即由兩個(gè)攝像機(jī)的圖像平面和被測物體之間構(gòu)成一個(gè)三角形。已知兩攝像機(jī)之間的位置關(guān)系，便可以獲取兩攝像機(jī)公共視場內(nèi)物體的三維尺寸及空間物體特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)。雙目立體視覺系統(tǒng)一般由兩個(gè)攝像機(jī)或者由一個(gè)運(yùn)動(dòng)的攝像機(jī)構(gòu)成。

雙目立體視覺三維測量是基于視差原理，如圖２．１所示為簡單的平視雙目立體成像原理圖，兩攝像機(jī)的投影中心連線的距離，即基線為Ｂ。兩攝像機(jī)在同６

第二章視頻測速基本原理及相關(guān)問題

一時(shí)刻觀看空間物體的同一特征點(diǎn)Ｐ，分別在“左眼＂和“右眼”上獲取了點(diǎn)Ｐ的圖像，它們的圖像坐標(biāo)分別為％＝（％，％），％，＝（‰，，％，）。假定兩個(gè)攝像機(jī)的圖像在同一個(gè)平面上，則特征點(diǎn)Ｐ的圖像坐標(biāo)的Ｙ坐標(biāo)相同，即‰，＝％２】，，則由三角幾何關(guān)系得到

ｘ鋪＝尹蔓

Ｚｃ

‰，＝廠‰≥．●Ｃ（２．１）

Ｙ：廠絲

ｚｃ

圖２．１雙目立體成像原理

則視差為：Ｄｉｓｐａｒｉｔｙ

系下的三維坐標(biāo)為２％一ｘ愀。由此可計(jì)算出特征點(diǎn)Ｐ在攝像機(jī)坐標(biāo)

Ｂ?ｘ坼

�！模椋螅穑幔颍椋簦揭唬�，．：‘Ｄｉｓｐａｒｉｔｙ壘！�。ǎ玻玻堂矗矗�

７一Ｂ?ｌ

＿ＣＤｉｓｐａｒｉｔｙ

因此，左攝像機(jī)像面上的任意一點(diǎn)只要能在左右攝像機(jī)面上找到對(duì)應(yīng)的匹配點(diǎn)，就可以確定出該點(diǎn)的三維坐標(biāo)。這種方法是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的運(yùn)算，像面上所有點(diǎn)只要存在對(duì)應(yīng)的匹配點(diǎn)，就可以參與上述運(yùn)算，從而獲取其對(duì)應(yīng)的三維坐標(biāo)。該方法的優(yōu)點(diǎn)是能夠通過攝像機(jī)將現(xiàn)實(shí)世界中的三維信息完全重構(gòu)出來，并且準(zhǔn)確度高，但它需要雙目攝像機(jī)，要求攝像機(jī)的成像中心處于同一高度；它的７

第二章視頻測速基本原理及相關(guān)問題

缺點(diǎn)是雙目攝像機(jī)成本高，同時(shí)系統(tǒng)抗干擾性差，一旦雙目攝像機(jī)光心不是處于同一高度，則容易發(fā)生誤差。對(duì)于本系統(tǒng)而言，攝像機(jī)假設(shè)在野外，攝像機(jī)常處于抖動(dòng)的狀態(tài)，同時(shí)考慮到產(chǎn)品的成本問題，采用雙目攝像機(jī)三維重構(gòu)實(shí)現(xiàn)測距是不合適的。

２．１．２結(jié)構(gòu)三維視覺

在雙目立體視覺中，當(dāng)用光學(xué)投射器代替其中的一個(gè)攝像機(jī)時(shí)，光學(xué)投射器投射出一定的光模式，如光平面、十字光平面、網(wǎng)格狀光束等，對(duì)場景對(duì)象在空間的位置進(jìn)行約束，同樣可以獲取場景對(duì)象上的點(diǎn)的唯一坐標(biāo)值，這樣就形成了結(jié)構(gòu)光三維視覺。

結(jié)構(gòu)光三維視覺方法的研究最早見于２０世紀(jì)７０年代。在諸多的視覺方法中，結(jié)構(gòu)光三維視覺以其大量程、大視場、較高精度、光條圖像信息易于提取、實(shí)時(shí)性強(qiáng)及主動(dòng)受控等特點(diǎn)，近年來在工業(yè)環(huán)境中得到了廣泛的應(yīng)用。目前，結(jié)構(gòu)光三維視覺的研究主要集中在結(jié)構(gòu)光投射模式、子（亞）像素級(jí)的光條中心提取和處理算法以及標(biāo)定方法等方面。

結(jié)構(gòu)光三維視覺是基于光學(xué)三角法測量原理。如圖２．２所示，光學(xué)投射器將一定模式的結(jié)構(gòu)光投射于物體表面，在表面上形成由被測物體表面形狀所調(diào)制的光條三維圖像。該三維圖像由處于另一位置的攝像機(jī)探測，從而獲得光條二維奇變圖像。光條奇變程度取決于光學(xué)投射器與攝像機(jī)之間的相對(duì)位置和物體表面形廓。直觀上，沿光條顯示出的位移與物體表面高度成比例，扭結(jié)表示了平面的變化，，不連續(xù)顯示了表面的物理間隙。當(dāng)光學(xué)投射器與攝像機(jī)之間的相對(duì)位置一定時(shí)，由奇變的二維光條圖像坐標(biāo)便可重現(xiàn)物體表面三維形廓。由光學(xué)投射器、攝像機(jī)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)即構(gòu)成了結(jié)構(gòu)光三維視覺系統(tǒng)。

圖２．２結(jié)構(gòu)光三維視覺原理８

第二章視頻測速基本原理及相關(guān)問題

結(jié)構(gòu)光三維視覺具有大量程、大視場、較高精度、光條圖像信息易于提取、實(shí)時(shí)性強(qiáng)及主動(dòng)受控等優(yōu)點(diǎn)特點(diǎn)，但對(duì)于本系統(tǒng)而言，并不要求如此精細(xì)的準(zhǔn)確度，同時(shí)需要架設(shè)額外的光學(xué)投射器，其野外工作環(huán)境無法得到保障，也提高了產(chǎn)品成本，所以光三維視覺亦不符合本課題要求。

２．１．３其他三維視覺技術(shù)

按照景物的照明條件，三維視覺技術(shù)可以分為被動(dòng)和主動(dòng)兩大類，前者中景物的照明時(shí)由物體周圍的光照條件來提供，而在后者則使用一個(gè)專門的光源裝置來提供目標(biāo)物體周圍的照明。按照這種分類，前面介紹的雙目立體視覺是被動(dòng)方式，而結(jié)構(gòu)光三維視覺是主動(dòng)方式。被動(dòng)視覺技術(shù)特別適合于由于環(huán)境條件的約束不能使用激光或特殊照明燈的工業(yè)應(yīng)用場合或者需要保密的軍事應(yīng)用。然而，主動(dòng)視覺技術(shù)具有視覺圖像信息處理簡單、可靠性高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等特點(diǎn)，在許多工業(yè)環(huán)境中得到廣泛應(yīng)用。常用的方法包括光度立體視覺、由明暗恢復(fù)形狀和由紋理恢復(fù)形狀的被動(dòng)視覺方法，以及激光測距、莫爾陰影與散焦測距主動(dòng)視覺方法。

２．２課題方案研究

２．２．１方案分析

綜合上述的三維視覺技術(shù)并結(jié)合本課題的實(shí)際情況我們可以發(fā)現(xiàn)，為了節(jié)約產(chǎn)品成本，本課題采用的是單目攝像機(jī)，所以雙目立體視覺是無法實(shí)現(xiàn)的；同時(shí)如果采用結(jié)構(gòu)光三維立體視覺也是不適合我們野外工作的環(huán)境。而其他的三維視覺技術(shù)都對(duì)工作環(huán)境要求很苛刻，不適合本課題。所以說，直接應(yīng)用現(xiàn)有的三維視覺技術(shù)在本課題中是不可行的。

雖然無法直接應(yīng)用上述的三維視覺方法，但這些方法卻給我們一些提示，既然三維視覺要求的條件比較苛刻，那么如果只考慮二維圖像情況又如何？在本課題中，高速公路上的車輛基本上是行駛在路面平面上的，如圖所示，車輛在高度方向上的位置是可以看作是不變的，這時(shí)可以忽略掉車輛高度這一維信息，現(xiàn)實(shí)坐標(biāo)系統(tǒng)就由三維變成二維，我們的問題簡化為如何從單目攝像機(jī)采９

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