专利名称：基于双目视觉的车载式无标尺交通事故现场快速勘查系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于双目视觉原理的交通事故现场摄影测量领域，尤其是涉及一种利用无标尺摄影测量设备对交通事故现场进行拍摄并利用相应的软件工具对照片进行算法处理从而计算出交通事故现场各元素坐标并绘制交通事故现场图的勘查取证系统。
背景技术：
交通事故现场勘查对交通事故鉴定和再现分析至关重要。目前国内外大部分交通事故现场勘查以经验判断、皮尺测量、人工绘图等传统方法为主，容易发生信息遗漏和判断错误等问题，一旦勘查结束，现场即被撤除，如果发生以上问题，无法对现场信息进行二次提取。另一方面，随着高速公路的发展和交通流量的增长，传统的勘查方法还存在着工作效率较低容易形成拥堵的问题。因此，传统的交通事故现场勘查方法已经无法有效满足当今交通事故现场快速勘查处理的实际需要。摄影测量是基于双目视觉原理，将影像的灰度信号通过耦合装置(CXD)转换为数字信号，应用图像处理、模式识别、人工智能以及计算机视觉等方法获取拍摄对象相关信息的一门技术。对现有技术文献的调研检索发现，目前国内尚无在用的车载式无标尺交通事故现场摄影测量快速勘查系统产品和相关文献，交通事故现场勘查人员无法在交通事故现场勘查车内实现交通事故现场的摄影勘查取证和信息采集处理。
实用新型内容本实用新型旨在至少解决上述技术缺陷之一。为此，本实用新型的目的在于提出一种车载式无标尺交通事故现场快速勘查系统，结合交通事故现场勘查的实际需求，为交通事故现场信息采集、图像拼接、现场图绘制和交通事故数据信息管理提供全程支持。本实用新型无需对交通事故现场进行预处理(摆放标定物或标志物等)，只需一人在交通事故现场勘查车内即可完成全部操作，简化交通事故现场勘查程序，缩短测绘时间，为交通管理部门提供工作便利；另一方面，本实用新型应用图像拼接技术实现大场景交通事故现场的多视角图像拼接，增强了快速勘查系统对于复杂多样的交通事故现场的适应性。本实用新型提出一种基于双目视觉的车载式无标尺交通事故现场快速勘查系统， 包括车载式现场勘查设备和信息处理系统两部分，如附图1所示。其中，车载式现场勘查设备无需对交通事故现场进行预处理即可实现交通事故现场的摄影勘查和信息采集，将勘查照片导入至信息处理系统用于摄影测量和现场图绘制；信息处理系统包括图像处理模块、 现场图绘制模块和事故案例管理模块；图像处理模块，对车载式现场勘查设备拍摄的勘查照片进行图像处理，根据车载式现场勘查设备的标定参数实现坐标转换和图像拼接，生成转换文件，用于现场图绘制的尺寸标注；现场图绘制模块，根据交通事故的具体情况，通过图库符号调用和尺寸标注相结合的方式，完成现场图的绘制生成打印；事故案例管理模块， 接收车载式现场勘查设备拍摄的照片和现场图绘制模块生成的现场图，并对这些信息以案例的形式进行分类管理，如附图2所示。车载式现场勘查设备包括四个功能子模块拍摄模块、显示模块、控制模块和辅助模块。拍摄模块包括两部非量测工业相机，经过内外部参数的实验标定后，两部非量测工业相机在同步触发的工作模式下，拍摄的照片组对在所述信息处理系统中用于空间点和直线的三维重建、两点间距离和点到直线距离的测量以及图像坐标系的拼接；显示模块以用户操作软件的形式与车载工控机集成，通过交换机与两部工业相机相连接，实现工业相机拍摄视野的集中显示；控制模块包括用户操作软件和升降杆及云台等软硬件设备，可以实现两部工业相机的拍摄方位控制及同步触发，从而有效保证车载式现场勘查设备双目视觉预标定原理的物理实现；辅助模块包括交换机、工业相机防护罩和车载支架。图像处理模块包括八个功能子模块相机内外部参数初始化模块、相机镜头畸变校正模块、空间点三维重建模块、两点间距离测量模块、直线的三维重建模块、点到直线距离测量模块、图像坐标系拼接模块和数据接口模块。相机内外部参数初始化模块，在对勘查照片进行处理之前，将预先通过标定实验获得的相机内外部参数以矩阵的形式读取到内存区中，供接下来的图像处理过程调用；相机镜头畸变校正模块，通过校正算法对读入的图像进行镜头畸变校正，从而在理论上消除镜头畸变导致的测量误差；空间点三维重建模块，在同一组拍摄的左右两幅图像内，选择空间某点在两幅图像上的投影点，从而得到空间点分别在左右两幅图像上的投影像素坐标，根据相机内外部参数矩阵可以分别求出左右两幅图像的投影变换矩阵，进而根据空间几何知识计算出空间点在世界坐标系下的世界坐标；两点间距离测量模块，将需要测量的两个点三维重建后获得世界坐标系下的世界坐标，根据空间几何两点间距离公式计算勘查照片中两点间的距离；直线的三维重建模块，通过取空间直线在左右两幅图像中的投影直线上的任意两点，获得左右两幅图像中二维直线方程， 根据相机内外部参数矩阵获得两幅图像的投影变换矩阵，利用空间几何理论知识对直线进行三维重建，获得世界坐标系下的直线方程；点到直线距离测量模块，在左右两幅图像中选择投影直线上的任意两点，然后在左右两幅图像中选择欲测量的点，根据三维重建后的空间点坐标和直线方程计算点到直线的距离；图像坐标系拼接模块，将交通事故现场不同角度下获取的图像转换到同一坐标系下，从而实现现场元素坐标信息的统一；数据接口模块， 将信息处理系统得到的现场坐标信息、两点间距离信息、点到直线距离信息写入特定文件中，完成与现场图绘制模块的数据接口工作。现场图绘制模块运行于Microsoft的Windows操作系统，以图像处理模块获取的空间数据对绘制的符号进行准确定位，形成符合国家规范的交通事故现场图，并实现现场图的保存和打印输出。现场图绘制模块包括六个功能子模块案例信息模块、符号管理模块、图形交互模块、空间数据导入模块、现场图打印模块和笔录生成模块。案例信息模块将相关内容自动填写到输出的现场图上，填写的案例信息包括事故地点、事故时间、天气、路面性质、勘查员姓名、绘图员姓名、案例简要说明和绘图时间；符号管理模块，将交通事故现场元素符号进行加载和构建，为交警提供选择界面；图形交互模块，实现交警和现场图绘制模块进行符号操作的交互，包括符号的选择、移动、旋转和缩放功能，为软件的使用者提供交互界面；空间数据导入模块，对于需要准确定位的交通事故现场元素符号，启动图像处理模块完成相关的测量和定位，导入对应的定位数据信息，完成元素符号的准确定位；现场图打印模块，用于将绘制完成的现场图进行打印输出，并按照规范要求进行图框设置和案例信息输出；笔录生成模块，按照当前绘制的交通元素，对元素自动进行代号分配，形成描述性文字，并形成空隙进行实际情况的填写。事故案例管理模块接收车载式现场勘查设备拍摄的照片和现场图绘制模块生成的现场图，并对这些信息以案例的形式，按照事故碰撞形态、事故车类型、事故时间、事发路段这些特征进行分类保存管理。事故案例管理模块根据交通事故案例的管理和研究需要， 通过软硬件形式的权限设置，向具备对应权限的交通事故处理和分析人员开放搜索和查询功能。
本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中图1车载式无标尺交通事故现场快速勘查系统功能模块结构图；图2车载式无标尺交通事故现场快速勘查系统工作流程图；图3车载式现场勘查设备工作流程图；图4图像处理模块工作流程图；图5现场图绘制模块工作流程图。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。下面参考附图描述根据本实用新型实施例的基于双目视觉的车载式无标尺交通事故现场快速勘查系统。根据本实用新型一个实施例的基于双目视觉的车载式无标尺交通事故现场快速勘查系统包括车载式现场勘查设备和信息处理系统两部分，其中信息处理系统又包括图像处理模块、现场图绘制模块和事故案例管理模块，其中车载式现场勘查设备集工业相机、外接显示屏和控制装置为一体，通过外接显示屏集中显示勘查视野，通过控制装置同步触发两部工业相机，实现交通事故现场的摄影勘查和信息采集；信息处理系统的图像处理模块，根据车载式现场勘查设备的标定参数对勘查照片进行图像处理，实现坐标转换和图像拼接，生成转换文件，用于现场图绘制的尺寸标注；信息处理系统的现场图绘制模块，根据交通事故的具体情况，通过图库符号调用和尺寸标注相结合的方式，完成现场图的绘制生成打印；信息处理系统的事故案例管理模块，接收车载式现场勘查设备拍摄的照片和现场图绘制模块生成的现场图等事故相关信息，并对这些信息以案例的形式进行分类管理。车载式现场勘查设备是车载式无标尺交通事故现场快速勘查系统的核心技术，集工业相机、车载工控机和控制装置为一体，高度集成操作简便，只需一人在交通事故现场勘查车内即可完成全部操作，如附图3所示。车载式现场勘查设备通过交换机与两部工业相
6机相连接，通过用户操作软件的形式实现两部工业相机勘查视野的集中显示和同步触发， 完成交通事故现场的信息采集和勘查取证。与现有交通事故现场摄影测量勘查设备相比， 本设备直接拍摄勘查、无需在交通事故现场摆放标定物或标志物的功能设计和工作方式， 有助于提高交通事故现场勘查效率、简化工作流程，从而进一步减缓由于勘查需要封锁现场引发的交通拥堵，有效疏解目前交通事故现场勘查工作中的主要矛盾，只需一人在交通事故现场勘查车内即可完成全部操作，极大改善了交通事故现场勘查人员的工作条件。车载式现场勘查设备通过用户操作软件同步触发两部工业相机，不但有效简化了交通事故现场勘查取证的工作流程，极大降低了用户操作界面对现场勘查人员的技术要求，并且避免了由于误操作引起勘查取证失误的可能性，另一方面，用户操作软件的同步触发模式还可以有效保证车载式现场勘查设备双目视觉预标定原理的物理实现，即同步触发拍摄功能保证了两部工业相机外部参数标定的有效性。集成在车载工控机上的用户操作软件实现了两部工业相机勘查视野的集中显示，有助于现场勘查人员方便地掌握两部工业相机(相距 120cm左右)的拍摄情况，有效保证了双目视觉原理的勘查作业实现，即两部工业相机勘查视野的重合范围显示。车载式现场勘查设备包括四个功能子模块拍摄模块、显示模块、控制模块和辅助模块。拍摄模块包括两部非量测工业相机，有效像素1000万，最高分辨率3648X2736，1 倍光学变焦。经过内外部参数的实验标定后，两部非量测工业相机在同步触发的工作模式下，拍摄的照片组对可以用于图像处理模块的空间点和直线的三维重建、两点间距离和点到直线距离测量以及图像坐标系拼接。显示模块以用户操作软件的形式与车载工控机集成，通过交换机与两部工业相机相连接，实现工业相机拍摄视野的集中显示。控制模块包括用户操作软件、升降杆及云台，可以实现两部工业相机的拍摄方位控制及同步触发，从而有效保证车载式现场勘查设备双目视觉预标定原理的物理实现。辅助模块包括交换机、工业相机防护罩和车载支架，实现车载式现场勘查设备的物理定位、数据交互、供电等功能。对应附图3的工作流程，车载式现场勘查设备的使用方法如下1.启动车载工控机上的车载式交通事故现场快速勘查设备的用户操作软件。2.单击“打开相机”，根据勘查需要设置图像存储的格式和路径。3.观察用户操作软件的拍摄画面，根据勘查需要，通过升降杆及云台控制装置调整车载式交通事故现场快速勘查设备的举升高度、俯仰和旋转方位。4.单击“抓拍照片”，进行交通事故现场的摄影勘查取证作业。5.关闭用户操作软件，通过升降杆及云台控制装置恢复车载式交通事故现场快速勘查设备的原始高度和方位。信息处理系统的图像处理模块，根据自主开发的摄影测量软件，通过对车载式现场勘查设备获取的若干组勘查照片进行图像处理，根据预先通过标定实验获得的工业相机内外部参数，利用双目视觉理论对空间点、空间直线进行三维重建，进而可以测量获取各组勘查照片中两点间的距离、点到直线的距离等信息，如附图4所示。图像处理模块包括八个功能子模块相机内外部参数初始化模块、相机镜头畸变校正模块、空间点三维重建模块、两点间距离测量模块、直线的三维重建模块、点到直线距离测量模块、图像坐标系拼接模块和数据接口模块。相机内外部参数初始化模块，在对勘查照片进行处理之前，将预先通过标定实验获得的相机内外部参数以矩阵的形式读取到内存区中，供接下来的图像处理过程调用。相机镜头畸变校正模块，通过校正算法对读入的图像进行镜头畸变校正，从而在理论上消除镜头畸变导致的测量误差。空间点三维重建模块，在同一组拍摄的左右两幅图像内，选择空间某点在两幅图像上的投影点，从而得到空间点分别在左右两幅图像上的投影像素坐标，根据相机内外部参数矩阵可以分别求出左右两幅图像的投影变换矩阵，进而根据空间几何知识可以计算出空间点在世界坐标系下的世界坐标。两点间距离测量模块，将需要测量的两个点三维重建后获得的世界坐标系下的世界坐标，根据空间几何两点间距离公式计算勘查照片中两点间的距离。直线的三维重建模块，通过取空间直线在左右两幅图像中的投影直线上的任意两点，获得左右两幅图像中二维直线方程，根据相机内外部参数矩阵可以获得两幅图像的投影变换矩阵，利用空间几何理论知识可以对直线进行三维重建，获得世界坐标系下的直线方程。点到直线距离测量模块，在左右两幅图像中选择直线(用直线上任意两点即可描述该直线)，然后在左右两幅图像中选择欲测量的点，三维重建后的空间点坐标为P(x0，y0，z0)三维重建后的直线方程为
权利要求1.一种基于双目视觉的车载式无标尺交通事故现场快速勘查系统，其特征在于，包括包括车载式现场勘查设备和信息处理系统两部分，其中所述车载式现场勘查设备无需对交通事故现场进行预处理即可实现交通事故现场的摄影勘查和信息采集；所述信息处理系统包括图像处理模块、现场图绘制模块和事故案例管理模块； 所述图像处理模块，根据车载式现场勘查设备的标定参数对勘查照片进行图像处理， 实现坐标转换和图像拼接，生成转换文件，用于现场图绘制的尺寸标注；所述现场图绘制模块，根据交通事故的具体情况，通过图库符号调用和尺寸标注相结合的方式，完成交通事故现场图的绘制生成打印；所述事故案例管理模块，接收车载式现场勘查设备拍摄的照片和现场图绘制模块生成的现场图，并对这些信息以案例的形式进行分类管理。
2.根据权利要求1所述的基于双目视觉的车载式无标尺交通事故现场快速勘查系统， 其特征在于，所述车载式现场勘查设备包括四个功能子模块拍摄模块、显示模块、控制模块和辅助模块，其中所述拍摄模块包括两部非量测工业相机，经过内外部参数的实验标定后，两部非量测工业相机在同步触发的工作模式下，拍摄的照片组对在所述信息处理系统中用于空间点和直线的三维重建、两点间距离和点到直线距离的测量以及图像坐标系的拼接；所述显示模块以用户操作软件的形式与车载工控机集成，通过交换机与两部工业相机相连接，实现工业相机拍摄视野的集中显示；所述控制模块包括用户操作软件、升降杆及云台，以控制及同步触发两部工业相机的拍摄方位；所述辅助模块包括交换机、工业相机防护罩和车载支架。
3.根据权利要求1所述的基于双目视觉的车载式无标尺交通事故现场快速勘查系统， 其特征在于，所述图像处理模块包括八个功能子模块相机内外部参数初始化模块、相机镜头畸变校正模块、空间点三维重建模块、两点间距离测量模块、直线的三维重建模块、点到直线距离测量模块、图像坐标系拼接模块和数据接口模块，其中所述相机内外部参数初始化模块，在对勘查照片进行处理之前，将预先通过标定实验获得的相机内外部参数以矩阵的形式读取到内存区中，供接下来的图像处理过程调用； 所述相机镜头畸变校正模块，通过校正算法对读入的图像进行镜头畸变校正； 所述空间点三维重建模块，在同一组拍摄的左右两幅图像内，选择空间某点在两幅图像上的投影点，从而得到空间点分别在左右两幅图像上的投影像素坐标，根据相机内外部参数矩阵可以分别求出左右两幅图像的投影变换矩阵，进而根据空间几何知识计算出空间点在世界坐标系下的世界坐标；所述两点间距离测量模块，将需要测量的两个点三维重建后获得世界坐标系下的世界坐标，根据空间几何两点间距离公式计算勘查照片中两点间的距离；所述直线的三维重建模块，通过取空间直线在左右两幅图像中的投影直线上的任意两点，获得左右两幅图像中二维直线方程，根据相机内外部参数矩阵获得两幅图像的投影变换矩阵，利用空间几何理论知识对直线进行三维重建，获得世界坐标系下的直线方程；所述点到直线距离测量模块，在左右两幅图像中选择投影直线上的任意两点，然后在左右两幅图像中选择欲测量的点，根据三维重建后的空间点坐标和直线方程计算点到直线的距离；所述图像坐标系拼接模块，将交通事故现场不同角度下获取的图像转换到同一坐标下；所述数据接口模块，将所述信息处理系统得到的现场坐标信息、两点间距离信息、点到直线距离信息写入特定文件中，完成与所述现场图绘制模块的数据接口工作。
4.根据权利要求1所述的基于双目视觉的车载式无标尺交通事故现场快速勘查系统， 其特征在于，所述现场图绘制模块运行于Microsoft的Windows操作系统，以图像处理模块获取的空间数据对绘制的符号进行准确定位，形成符合国家规范的交通事故现场图，并实现现场图的保存和打印输出。
5.根据权利要求1所述的基于双目视觉的车载式无标尺交通事故现场快速勘查系统， 其特征在于，所述现场图绘制模块包括六个功能子模块案例信息模块、符号管理模块、图形交互模块、空间数据导入模块、现场图打印模块和笔录生成模块，其中所述案例信息模块，将相关内容自动填写到输出的现场图上，填写的案例信息包括事故地点、事故时间、天气、路面性质、勘查员姓名、绘图员姓名、案例简要说明和绘图时间； 所述符号管理模块，将交通事故现场元素符号进行加载和构建，为交警提供选择界所述图形交互模块，实现交警和所述现场图绘制模块进行符号操作的交互，包括符号的选择、移动、旋转和缩放功能，为软件的使用者提供交互界面；所述空间数据导入模块，对于需要准确定位的交通事故现场元素符号，启动所述图像处理模块完成相关的测量和定位，导入对应的定位数据信息，完成元素符号的准确定位；所述现场图打印模块，用于将绘制完成的现场图进行打印输出，并按照规范要求进行图框设置和案例信息输出；所述笔录生成模块，按照当前绘制的交通元素，对元素自动进行代号分配，形成描述性文字，并形成空隙进行实际情况的填写。
6.根据权利要求1所述的基于双目视觉的车载式无标尺交通事故现场快速勘查系统， 其特征在于，所述事故案例管理模块接收车载式现场勘查设备拍摄的照片和现场图绘制模块生成的现场图，并对这些信息以案例的形式，按照事故碰撞形态、事故车类型、事故时间、 事发路段这些特征进行分类保存管理；所述事故案例管理模块根据交通事故案例的管理和研究需要，通过软硬件形式的权限设置，向具备对应权限的交通事故处理和分析人员开放搜索和查询功能。
专利摘要本实用新型涉及一种基于双目视觉的车载式无标尺交通事故现场快速勘查系统，包括车载式现场勘查设备和信息处理系统两部分。车载式现场勘查设备通过同步触发双目相机进行摄影勘查和信息采集。信息处理系统包括图像处理模块、现场图绘制模块和事故案例管理模块。图像处理模块对勘查照片进行图像处理，实现坐标转换和图像拼接，用于现场图绘制的尺寸标注；现场图绘制模块通过图库符号调用和尺寸标注相结合的方式，完成交通事故现场图的绘制生成打印；事故案例管理模块对勘查照片和现场图等相关信息以案例的形式进行分类管理。本实用新型无需对交通事故现场进行预处理，设备集成操作简易，测量精度高，只需一人在交通事故现场勘查车内可完成全部操作。
文档编号G01C11/00GK202057328SQ201120105678
公开日2011年11月30日 申请日期2011年4月12日 优先权日2011年4月12日
发明者傅罡, 刘文超, 李一兵, 王岩, 赵红蕊, 鲁光泉 申请人:清华大学