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专利号: 2012101459966
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2023-08-24
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于主动式全景视觉传感器的交通事故现场测绘仪,其特征在于:所述交通事故现场测绘仪包括全方位视觉传感器、全方位面激光光源、用于定位交通事故现场以及为自动生成道路平面图的GPS传感器、用于确定测量方位的指南针以及用于对全方位视觉传感器的全景图像进行三维立体摄像测量、事故现场形象化恢复和数字立体再现的微处理器,所述的全方位视觉传感器的中心与所述关键面激光光源的中心配置在同一根轴心线上;

所述全方位视觉传感器包括双曲面镜面、上盖、透明半圆形外罩、下固定座、摄像单元固定座、摄像单元、连接单元、上罩;所述的双曲面镜面固定在所述的上盖上,所述的连接单元将所述的下固定座和透明半圆形外罩连接成一体,所述的透明半圆形外罩与所述的上盖以及所述的上罩固定在一起,所述的摄像单元固定在所述的摄像单元固定座上,所述的摄像单元固定座固定在所述的下固定座上,所述全方位视觉传感器中的所述的摄像单元的输出与所述微处理器连接;

所述全方位面激光光源包括红光线激光发生单元、线激光发生组合单元、导向支撑杆和底盘;所述的红色线激光发生单元固定在所述的线激光发生组合单元的孔中,经过这样组合后的线激光能形成一个发出红光的全方位面激光光源单元;所述的导向支撑杆垂直固定在所述的底盘上,所述的发出红光的全方位面激光光源单元固定在所述的导向支撑杆的底端;

所述的全方位视觉传感器通过连接板安装在所述的导向支撑杆;指南针安置在所述的全方位视觉传感器的上盖上,GPS传感器和水平指示器安置在所述的导向支撑杆的中部,所述的全方位视觉传感器的电源线、视频数据线、所述的GPS传感器的数据线以及所述全方位面激光光源的电源线均从连接杆的中孔内穿出,连接到供电电源以及微处理器的相应接口上;

所述的微处理器中包括:

视频图像读取模块,用于读取全方位视觉传感器的视频图像,并保存在存储单元中,其输出与全方位视觉传感器标定模块和Bird-View变换模块连接;

所述的全方位视觉传感器标定模块,用于确定三维空间点和摄像机成像平面上的二维图像点之间映射关系的参数;

所述的Bird-View变换模块,用于修正全方位视觉成像后严重扭曲变形,将全方位图像变换为Bird-View视图;

摄像点位置信息获取模块,用于获得基于主动式全景视觉的交通事故现场测绘仪所处的位置信息,通过GPS传感器获取现场测绘仪的位置,将该位置信息保存在存储单元中;

全方位面激光信息解析模块,用于在全景图像上解析出激光投影信息;

特征点计算模块,用于解析出在全景图上红色全方位面激光投射所产生的特征点数据;

事故现场形象化恢复模块,用于将事故现场场景真实地重构到各种现场事故图上。

2.如权利要求1所述的基于主动式全景视觉传感器的交通事故现场测绘仪,其特征在于:所述的Bird-View变换模块中,所述Bird-View视图为鸟类俯瞰着这个地面上所形成的图像,通过这种变换将全景图像还原成水平面方向上无形变全景图像,经过Bird-View变换得到的全景图像中成像的物体在水平方向上保持不变,通过所述的全方位视觉传感器标定模块建立了一张成像平面任一像素点与入射角之间的对应关系表,将所述的全方位视觉传感器的视点Om离地面的高度设置为一个定值hom,就可以建立一张全景成像平面任一像素点到成像中心点距离‖u″‖与地面上的物点到全方位视觉传感器的中心轴线距离R之间的关系,‖u″‖与R存在着以下关系,式中,hom为全方位视觉传感器的视点Om离地面的距离,‖u″‖全景成像平面像素点到成像中心点距离‖u″‖,a0、a1、a2、aN为标定的全方位视觉传感器的内外参数;

通过全方位面激光扫描以及Bird-View变换得到接近地面的交通事故现场场景二维地图和在设定高度的场景二维地图。

3.如权利要求1或2所述的基于主动式全景视觉传感器的交通事故现场测绘仪,其特征在于:所述的全方位面激光信息解析模块中,解析在全景图上红色激光投射点的方法是根据红色激光投射点的像素的亮度要大于成像平面上的平均亮度,首先是将全景图的RGB颜色空间转化成HIS颜色空间,然后将成像平面上的平均亮度的1.2倍作为提取红色激光投射点的阈值,根据HIS颜色空间中的色调值H进行判断,如果色调值H在(0,30)之间就判断为红色激光投射点,其余像素点就判断为干扰;采用高斯近似方法来抽取出激光投射线的中心位置,具体实现过程如下:Step1:设置初始方位角β=0;

Step2:在全景图像上以方位角β从全景图像的中心点开始检索红色激光投射点,对于方位角β上存在着若干个连续的红色激光投射的像素,其分布如附图5,这里选择HIS颜色空间中的I分量,即亮度值接近最高值的三个连续像素通过高斯近似方法来估算激光投射线的中心位置;具体计算方法由公式(8)给出,式中,f(i-1)、f(i)和f(i+1)分别为三个相邻像素接近最高亮度值的亮度值,d为修正值,i表示从图像中心点开始的第i个像素点;因此估算得到的红色激光投射线的中心位置为(i+d),该值对应于公式(6)和公式(7)中的‖u″‖,即||u″‖(β)=i+d;得到||u″‖(β);

Step3:改变方位角继续检索激光投射点,即β=β+Δβ,Δβ=0.36;

Step4:判断方位角β=360,如果成立,检索结束;反之转到Step2。

4.如权利要求3所述的基于主动式全景视觉传感器的交通事故现场测绘仪,其特征在于:所述的特征点计算模块中,采用计算步长为Δβ=0.36来遍历整个360°的方位角,在全景图上红色长虚线为红色全方位面激光投射所产生的特征点数据 遍历过程如下:Step Ⅰ:设置初始方位角β=0;

StepⅡ:采用所述的全方位面激光信息解析模块,沿射线方向检索特征点 得到在传感器平面上与特征点数据相对应的||u″‖(β)点,用公式(9)计算特征点 的距离值Ra和入射角αa,将上述的计算数据保存在内存单元中;

式中,||u″‖(β)为特征点 点对应于成像平面上的点到该平面中心点的距离,hredlazer为特征点 到全方位视觉传感器的单视点Om之间在Z轴的投影距离,a0、a2为标定所得到的全方位视觉传感器的内外参数;

StepⅢ:β←β+Δβ,Δβ=0.36,判断β=360是否成立,如果成立结束计算,否则转到Step Ⅱ。

5.如权利要求1或2所述的基于主动式全景视觉传感器的交通事故现场测绘仪,其特征在于:所述的事故现场形象化恢复模块中,根据公安部绘制现场事故图的标准,需要绘制现场记录图、现场比例图、现场断面图、现场立面图和现场分析图。

6.如权利要求5所述的基于主动式全景视觉传感器的交通事故现场测绘仪,其特征在于:所述的现场记录图、现场比例图和现场分析图均采用正投影俯视图形式表示,需要对现场环境、事故、形态、有关车辆、人员、物体、痕迹的位置及其相互关系所作的图形记录;生成交通事故现场图时,基准点就是现场测绘仪放置的几何坐标x,y,处于图纸的中间,图纸的上方为正北方向;为了保证自动生成的现场记录图的方向一致性,在拍摄全景图像时要求拍摄人员首先将基于主动式全景视觉传感器的交通事故现场测绘仪上的指南针对准朝北方向;生成的Bird-View视图保证了现场环境、事故、形态、有关车辆、人员、物体、痕迹的位置及其相互关系真实图像记录,只要按比例关系叠加到模板图纸上就能自动完成现场记录图;对于图像的输出设备采用Acrobat PDFwriter,其最大分辩率为600dpi,即每英寸可产生的点数,用户选择的输出分辨率为k1(dot/inch);生成的Bird-View视图分辨率为

1280×1280pixel,根据Bird-View视图上的标定结果得到k2(mm/pixel),根据用户选择的输出分辨率和实际生成的图纸比例为k3(mm/mm)(1:200),1(mm)=1/25.4(inch),从公式(11)计算实际输出图纸上图像的点数:式中,k为实际输出图纸上图像的点数,k1(dot/inch)为用户选择的输出分辨率,k2(mm/pixel)为Bird-View视图上的每像素之间的距离,k3(mm/mm)为实际生成的图纸比例。

7.如权利要求5所述的基于主动式全景视觉传感器的交通事故现场测绘仪,其特征在于:所述的现场断面图和现场立面图,用于表示交通事故现场某一横断面或纵断面某一位置上有关车辆、物体、痕迹相互关系的剖面视图,用局部透视图形式表示;关于局部透视图采用了一种对全景图像进行透视展开方式来实现,关于透视展开算法实现如下:首先,建立全景图像上的任意一点p(x,y)与空间坐标系中一点P(X,Y,Z)的对应关系,空间中的一点P(X,Y,Z),经过双曲镜面反射后,在全方位视觉传感器成像平面上形成对应的像点p(x,y),根据光学原理,可以得出像点p(x,y)与空间物点P(X,Y,Z)的一一对应关系:式中,b,c是双曲面镜的长轴和焦距,f为摄像机的焦距;

其次,建立空间坐标系中的物点P(X,Y,Z)与透视平面上的点p(i,j)的对应关系;根据空间几何关系,得到公式(13);

X=R*cosβ-i*sinβ

Y=R*sinβ+i*cosβ(13)

Z=D*sinγ-j*cosγ

R=D*cosγ+j*sinγ

式中,D为透视投影平面到双曲面焦点O的距离,角度β是入射光线在XY平面上的投影与X轴正方向的夹角,角度γ为入射光线与XY平面的夹角;

参数D的大小是根据输出图像的大小来确定;

将公式(13)代入公式(12)就能得到全景像素点与透视平面上像素点之间的一一对应关系;通过遍历透视图上的所有坐标点,求取其对应再全景图像上像点的坐标并将全景下像素点的颜色信息赋值给透视图像素点,即可得到以全景图像上某一点为中心展开的局部透视图像。

8.如权利要求1或2所述的基于主动式全景视觉传感器的交通事故现场测绘仪,其特征在于:所述的全方位视觉传感器标定模块中,用于确定空间物点和摄像机成像平面上的二维图像点之间映射关系的参数,建立一个成像平面的像点与入射光线之间的联系,即与入射角之间的对应关系,用公式(6)表示;

式中,α表示空间物点的入射角,‖u″‖为传感器平面点到该平面中心点的距离,a0、a1、a2、aN为标定的全方位视觉传感器的内外参数,通过公式(6)建立一张成像平面任一像素点与入射角之间的对应关系表,表1为本发明使用的一种单视点全方位视觉传感器的标定结果,表1ODVS的标定结果

对于本发明中所采用的全方位视觉传感器进行标定后,成像平面上的点‖u″‖与空间物点的入射角α关系可以用下面等式来表示;

9.一种如权利要求1所述的基于主动式全景视觉传感器的交通事故现场测绘仪实现的测绘方法,其特征在于:所述的测绘方法的测绘过程为:首先,交警携带交通事故现场测绘仪到交通事故现场,将交通事故现场测绘仪垂直放置在交通事故现场的中间区域,并将交通事故现场测绘仪上的指南针对准正北方向;接着,将交通事故现场测绘仪中的全方位视觉传感器与微处理进行连接,启动微处理器中的应用程序,做好道路上痕迹的标示,接通激光光源的供电电源;然后,系统应用软件自动拍摄交通事故现场全景图像,自动检测现场车辆、物体、痕迹等空间几何数据,自动输出现场记录图、现场比例图、现场断面图、现场立面图和现场分析图;最后,交警确认生成结果,如果满足要求就完成交通事故现场勘查,否则继续拍摄交通事故现场全景图像、直至量测精度能满足事故现场勘查任务的要求。