专利名称：基于图像引导的交通事故现场快速测绘系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种交通事故现场勘测技术领域的系统，具体是ー种基于图像引导的交通事故现场快速测绘系统。
背景技术：
现有摄影测量软件如PhotoModeler、iffitness等，主要用于交通事故现场高精度的三维建摸。它们虽然可以大大缩短事故现场数据采集时间，但后续数据处理和绘图过程比较复杂和费时，难以满足在事故现场绘制输出现场图的要求。这些软件在操作时一般首先需要对事故现场照片进行复杂的定向处理，然后在照片上描绘出ー些关键的点、线和面， 最后只能建立这些关键点、线和面的三维模型。由于这些软件的绘图和标注功能有限，需要将建好的三维模型导入其它CAD软件如AutoCAD等才能完成事故现场图的绘制。在将模型导入其它CAD软件吋，一方面由于软件间的不兼容问题会造成数据精度的损失，另ー方面如果模型中包含事故现场图像的灰度信息，则这些信息将全部丢失，这样就只能根据建模时用到的一些关键点、线和面来完成事故现场图的绘制。整个操作过程比较复杂和费时，无法满足在事故现场绘制输出现场图的要求。而根据我国公安部标准，交通事故现场图必须在事故现场绘制，并由事故当事人签字认可。经对现有技术文献的检索发现，中国专利申请号200910049882. X，公开号CN 101556152A，专利名称交通事故现场图像数据采集及处理方法。该技术涉及ー种交通事故现场图像数据信息采集及处理方法，该方法首先通过使用固定机构调节四个激光测距仪的角度，在路面上形成围绕事故现场特征的四边形激光标靶。然后用相机拍下带激光标靶的事故现场照片，记录激光标靶相对于激光测距仪的距离、拍摄角度等事故现场几何信息。接着根据简化的直接线性变换法建立像空间和物方空间的坐标关系，并把事故现场图像中的所有像素进行图像变换得到事故现场的正投影图。最后将处理后带有尺寸參数的图像数据转换为矢量图格式，并导入AutoCAD软件中完成事故现场图的绘制。该方法虽然避免了复杂的三维建模过程，在一定程度上缩短了数据处理时间，但由于采用的是简化的ニ维直接线性变换公式实现交通事故现场照片的正投影变换，没有考虑物镜畸变对图像像素坐标的影响，因此其测绘精度较低。另ー方面，该方法同样需要将图像数据转换为矢量图格式，并导入AutoCAD软件才能完成事故现场图的绘制，其操作比较复杂费时，也无法满足在事故现场打印输出现场图的要求。此外，该方法在将数据导入AutoCAD软件吋，同样会遭遇正投影图灰度信息全部丢失的问题，也只依靠以前描绘的关键点、线等矢量图信息来完成现场图的绘制。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供ー种基于图像引导的交通事故现场快速测绘系统。使其实现了直接在正投影图上进行车辆、人体、散落物和刹车痕迹等事故现场信息的绘制和相关尺寸的标注，不但缩短了数据处理和绘图时间，还能够满足在事故现场打印输出现场图的要求。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括五个部分单应性矩阵求解模块、 空间坐标变换模块、重采样模块、绘图和标注模块、文件保存和打印模块。单应性矩阵求解模块根据ニ维直接线性变换法，建立事故现场照片图像平面到实际道路平面的映射关系； 空间坐标变换模块根据单应性矩阵，恢复事故现场图像在物方空间的位置信息，并将事故现场范围缩放到原事故现场照片的尺寸范围；重采样模块恢复事故现场图像在物方空间的灰度信息，最终实现事故现场照片由透视图到正投影图的转换；绘图和标注模块实现直接在正投影图上进行车辆、人体、散落物和刹车痕迹等事故现场信息的绘制和相关尺寸的标注；文件保存和打印模块实现事故现场图的保存和现场打印输出功能。所述单应性矩阵求解模块根据控制点的物方空间坐标和像空间坐标，通过ニ维直接线性变换法，建立事故现场照片图像平面到实际道路平面的映射关系。为保证能够顺利求解单应性矩阵和提高系统测绘精度，应至少在实际道路平面确定四个以上控制点的物方空间坐标。交通事故现场勘测中使用的消费级数码相机属于非量测相机，其物镜畸变较大， 内外方位元素不稳定且未知，因此不能用航空摄影测量中的解析法求解。而直接线性变换法计算中不需要内外方位元素数据，还可以对物镜畸变进行适当校正，非常适合用来处理非量测相机拍摄的照片。所述空间坐标变换模块根据单应性矩阵，将事故现场图像投影到实际道路平面， 恢复事故现场图像在物方空间的位置信息，并将事故现场范围缩放到原事故现场照片的尺寸范围。由于在图像平面坐标系中，点的位置以像素为基本単位且均为正数，所以如果要将投影区域以图像的形式显示出来，首先要保证投影区域内点的坐标值全部为正值。另外，投影区域的坐标值有可能过大而无法用有限的图像像素表达出来，这还需要对事故现场范围进行适当缩放。可以首先通过坐标偏移将计算得到的事故现场信息的实际位置坐标全部转换为正值，然后选择合适的比例因子将事故现场范围缩放到原事故现场照片的尺寸范围。所述重采样模块恢复事故现场图像在物方空间的灰度信息，最终实现事故现场照片由透视图到正投影图的转换。当变换后图像对应的原事故现场图像位置恰好位于整数点上吋，直接取原事故现场图像的灰度值为变换后正投影图的灰度值；但是，若算得的原事故现场图像不在整数点上吋，并无现成的灰度值存在。此时，可采用双三次卷积法把该点周围整数点位上的灰度值对该点的灰度贡献积累起来构成该点位新的灰度值。所述绘图和标注模块实现直接在正投影图上进行车辆、人体、散落物和刹车痕迹等事故现场信息的绘制和相关尺寸的标注。该模块包括两个子模块绘图子模块和标注子模块。绘图子模块主要实现几何图元的绘制和编辑、基本图符的插入和编辑功能；标注子模块主要实现尺寸、角度和文字的标注和编辑功能。其中所述几何图元的绘制和编辑功能包括a.实现正投影图上几何图元如点、直线、自由曲线、贝塞尔曲线、圆、椭圆、矩形、多边形、圆弧、椭圆弧等的绘制功能。这些几何图元可以用来直接在正投影图上描绘道路边缘、刹车痕迹和散落物等事故现场信息。b.几何图元绘制结束后可以通过控制点对其进行编辑，实现几何图元的平移、旋转、缩放以及改变形状的操作；不需要某个几何图元吋，可以随时将其选中，然后执行删除操作。所述基本图符的插入和编辑功能包括a.实现正投影图上事故现场常用图符如人体、轿车、货车、客车、卡车、拖拉机、自行车、三轮车、摩托车、电杆、路灯、里程碑、垃圾筒、人行横道和十字路ロ等的插入功能。通过确定图符上參照点与正投影图上相应參照点的对应关系能够保证图符精确插入到图像上合适位置。b.基本图符插入后可以通过控制点对其进行编辑，实现基本图符的平移、旋转、縮放操作；不需要某个基本图符吋，可以随时将其选中，然后执行删除操作。通过在正投影图上直接插入和编辑基本图符，能够大大提高现场绘图的效率和规范性。所述尺寸的标注和编辑功能包括a.实现正投影图上直接测绘车辆、人体、散落物的相对位置以及刹车痕迹的长度等尺寸信息。当尺寸线的端点恰好位于正投影图上已插入图符的參照点位置吋，可以将尺寸线端点精确定位到该图符參照点的位置。b.尺寸标注后可以通过控制点对其进行编辑，实现尺寸的平移、旋转、改变尺寸长度的操作；不需要某个尺寸吋，可以随时将其选中，然后执行删除操作。所述角度的标注和编辑功能包括a.实现正投影图上任意两条直线段夹角信息的测绘。进行角度标注时需要首先在正投影图上绘制两条直线段分别作为角度标注的起始位置和终止位置，然后系统便自动计算它们之间夹角的大小，并进行标注。b.角度标注后可以通过控制点对其进行编辑，实现角度的平移、改变角度大小的操作；不需要某个角度吋，可以随时将其选中，然后执行删除操作。所述文字的标注和编辑功能包括a.实现正投影图上直接标注ー些附加的文字说明信息。标注文字的风格如字体、 大小、加粗、斜体和下划线等可根据需要进行设置。b.文字标注后可以通过控制点对其进行编辑，实现文字的平移、改变文字字体和内容的操作；不需要某个文字吋，可以随时将其选中，然后执行删除操作。所述文件保存和打印模块实现事故现场图的保存和现场打印输出功能。文件保存吋，可以根据用户选择将正投影图及其在它上面绘制的交通事故现场图保存为矢量图或位图。文件打印吋，能够在事故现场实现交通事故现场图的打印预览，井能根据用户选择完成现场图的横向或纵向输出打印。与现有技术相比，本发明具有以下优点(1)采用基于图像引导的绘图方法直接在正投影图上进行车辆、人体、散落物和刹车痕迹等事故现场信息的绘制和相关尺寸的标注，可以大大提高事故现场测绘效率，縮短测绘时间，能够满足事故现场打印输出现场图的要求，从而有利于缓解交通堵塞，促进道路畅通，避免发生次生交通事故。(2)可以进行交通事故现场信息的二次验证，避免事故现场信息的漏测和错测，提高了事故现场测绘数据和信息的可靠性和正确性。目前传统的手工测绘方法在事故现场清除之后，无法对已测绘的事故现场信息进行二次验证。而本发明中的正投影图由于保存了事故现场完整的物方空间信息，故可随时在正投影图上重新測量或补测ー些有争议的尺寸，从而实现事故现场信息的二次验证。(3)避免了复杂的建模过程和矢量图和位图之间的相互转换，缩短了数据处理时间，提高了测绘精度。本发明只需已知实际道路平面上四个以上控制点的物方空间坐标，就能将事故现场照片由透视图转换为正投影图，其操作方便简单，数据处理时间短。生成的正投影图可以用来直接绘制现场图，不需要导入其它CAD软件进行绘图，从而避免了数据转换时精度的损失，提高了测绘精度。(4)提高了现场图绘制的规范性。目前传统手工测绘方法采用手工草绘的方式绘制事故现场图，尺寸标注和事故现场信息绘制因人而异，难以形成ー个统ー的标准。而本发明中现场图的绘制全部由计算机实现，尺寸标注和事故现场信息绘制都严格遵循国家标准，从而大大提高了现场图绘制的规范性。
图1本发明系统结构框图；图2是本发明中将交通事故现场照片由透视图转换为正投影图的生成过程示意图；图3是某次交通事故现场照片；图4是图3所示事故照片的正投影图及事故现场信息测绘示意图；图5是绘制的图3所示事故照片的交通事故现场图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。如图1所示，本实施例包括五个部分单应性矩阵求解模块、空间坐标变换模块、 重采样模块、绘图和标注模块、文件保存和打印模块。单应性矩阵求解模块根据ニ维直接线性变换法，建立事故现场照片图像平面到实际道路平面的映射关系；空间坐标变换模块根据单应性矩阵，恢复事故现场图像在物方空间的位置信息，并将事故现场范围缩放到原事故现场照片的尺寸范围；重采样模块恢复事故现场图像在物方空间的灰度信息，最终实现事故现场照片由透视图到正投影图的转换；绘图和标注模块实现直接在正投影图上进行车辆、人体、散落物和刹车痕迹等事故现场信息的绘制和相关尺寸的标注；文件保存和打印模块实现事故现场图的保存和现场打印输出功能。本实施例的五个模块之间存在一定的逻辑关系，当前模块的输入參数仅依赖于前一个模块的输出結果，当前模块的输出结果仅可作为下ー个模块的输入參数，模块间按照从前到后的順序依次执行完成系统的总功能。如图1中的粗箭头所示，从左到右这五个模块的先后执行顺序依次为单应性矩阵求解模块、空间坐标变换模块、重采样模块、绘图和标注模块、文件保存和打印模块。下面按照这五个模块的先后执行顺序，对本实施例的具体操作过程和实施步骤作详细说明1.求解单应性矩阵考虑非线性物镜畸变差Δχ，Ay和像点观测误差νχ，Vy吋，由ニ维直接线性变换基本公式得
权利要求
1.ー种基于图像引导的交通事故现场快速测绘系统，其特征在干，包括单应性矩阵求解模块、空间坐标变换模块、重采样模块、绘图和标注模块、文件保存和打印模块；其中 单应性矩阵求解模块根据ニ维直接线性变换法，建立事故现场照片图像平面到实际道路平面的映射关系；空间坐标变换模块根据单应性矩阵，恢复事故现场图像在物方空间的位置信息，并将事故现场范围缩放到原事故现场照片的尺寸范围；重采样模块恢复事故现场图像在物方空间的灰度信息，最终实现事故现场照片由透视图到正投影图的转换；绘图和标注模块实现直接在正投影图上进行事故现场信息的绘制和相关尺寸的标注；文件保存和打印模块实现事故现场图的保存和现场打印输出功能。
2.根据权利要求1所述的基于图像引导的交通事故现场快速测绘系统，其特征在干， 所述单应性矩阵求解模块根据控制点的物方空间坐标和像空间坐标，通过ニ维直接线性变换法，建立事故现场照片图像平面到实际道路平面的映射关系；为保证能够顺利求解单应性矩阵和提高系统测绘精度，应至少在实际道路平面确定四个以上控制点的物方空间坐标。
3.根据权利要求1所述的基于图像引导的交通事故现场快速测绘系统，其特征在干， 所述空间坐标变换模块根据单应性矩阵，建立了事故现场照片图像平面坐标到实际道路平面坐标之间的映射关系，进而可通过空间坐标变换恢复事故现场信息的实际位置坐标；为便于测绘和形象直观地反映事故现场信息，需要将实际的物方空间信息以正投影图的形式表达出来，即实现事故现场照片由透视图到正投影图的转换，首先通过坐标偏移将投影计算得到的事故现场信息的实际位置坐标全部转换为正值，然后选择合适的比例因子将事故现场范围缩放到原始事故现场照片的尺寸范围。
4.根据权利要求3所述的基于图像引导的交通事故现场快速测绘系统，其特征在干， 所述的坐标偏移量以及比例因子的大小是根据区域的连续性，在图像平面坐标系中事故现场照片的四个顶点围成的封闭区域投影到实际道路平面上时必定构成ー块连续封闭的区域；通过计算投影区域内坐标的极小值点和极大值点的位置来确定偏移量和比例因子的大
5.根据权利要求1所述的基于图像引导的交通事故现场快速测绘系统，其特征在干， 所述重采样模块恢复事故现场图像在物方空间的灰度信息，最终实现事故现场照片由透视图到正投影图的转换；当变换后图像对应的原事故现场图像位置恰好位于整数点上吋，直接取原事故现场图像的灰度值为变换后正投影图的灰度值；但是，若算得的原事故现场图像在整数点上吋，并无现成的灰度值存在，此时，可采用双三次卷积法把该点周围整数点位上的灰度值对该点的灰度贡献积累起来构成该点位新的灰度值。
6.根据权利要求1所述的基于图像引导的交通事故现场快速测绘系统，其特征在干， 所述绘图和标注模块包括两个子模块绘图子模块和标注子模块，绘图子模块主要实现几何图元的绘制和编辑、基本图符的插入和编辑功能；标注子模块主要实现尺寸、角度和文字的标注和编辑功能。其中所述几何图元的绘制和编辑功能包括a.实现正投影图上几何图元如点、直线、自由曲线、贝塞尔曲线、圆、椭圆、矩形、多边形、圆弧、椭圆弧的绘制功能；这些几何图元可以用来直接在正投影图上描绘道路边缘、刹车痕迹和散落物等事故现场信息；b.几何图元绘制结束后可以通过控制点对其进行编辑，实现几何图元的平移、旋转、縮放以及改变形状的操作；不需要某个几何图元吋，可以随时将其选中，然后执行删除操作；所述基本图符的插入和编辑功能包括a.实现正投影图上事故现场常用图符如人体、轿车、货车、客车、卡车、拖拉机、自行车、 三轮车、摩托车、电杆、路灯、里程碑、垃圾筒、人行横道和十字路ロ等的插入功能；b.基本图符插入后可以通过控制点对其进行编辑，实现基本图符的平移、旋转、縮放操作；不需要某个基本图符吋，可以随时将其选中，然后执行删除操作；所述尺寸的标注和编辑功能包括a.实现正投影图上直接测绘车辆、人体、散落物的相对位置以及刹车痕迹的长度等尺寸信息；b.尺寸标注后可以通过控制点对其进行编辑，实现尺寸的平移、旋转、改变尺寸长度的操作；不需要某个尺寸吋，可以随时将其选中，然后执行删除操作；所述角度的标注和编辑功能包括a.实现正投影图上任意两条直线段夹角信息的测绘；进行角度标注时需要首先在正投影图上绘制两条直线段分别作为角度标注的起始位置和终止位置，然后系统便自动计算它们之间夹角的大小，并进行标注；b.角度标注后可以通过控制点对其进行编辑，实现角度的平移、改变角度大小的操作； 不需要某个角度吋，可以随时将其选中，然后执行删除操作；所述文字的标注和编辑功能包括a.实现正投影图上直接标注ー些附加的文字说明信息；标注文字的风格如字体、大小、加粗、斜体和下划线等可根据需要进行设置；b.文字标注后可以通过控制点对其进行编辑，实现文字的平移、改变文字字体和内容的操作；不需要某个文字吋，可以随时将其选中，然后执行删除操作。
7.根据权利要求1所述的基于图像引导的交通事故现场快速测绘系统，其特征在干， 所述文件保存和打印模块实现事故现场图的保存和现场打印输出功能；文件保存吋，可以根据用户选择将正投影图及其在它上面绘制的交通事故现场图保存为矢量图或位图；文件打印吋，能够在事故现场实现交通事故现场图的打印预览，井能根据用户选择完成现场图的横向或纵向输出打印。
8.根据权利要求1至7中任一所述的基于图像引导的交通事故现场快速测绘系统，其特征在干，所述系统采用Visual C++创建的Windows图形窗ロ用户界面与用户进行交互， 将交通事故现场照片由透视图转换为正投影图。
全文摘要
基于图像引导的交通事故现场快速测绘系统，包括单应性矩阵求解模块，根据二维直接线性变换法，建立事故现场照片图像平面到实际道路平面的映射关系；空间坐标变换模块，根据单应性矩阵恢复事故现场图像在物方空间的位置信息，并将事故现场范围缩放到原事故现场照片的尺寸范围；重采样模块，恢复事故现场图像在物方空间的灰度信息，实现事故现场照片由透视图到正投影图的转换；绘图和标注模块，实现直接在正投影图上进行事故现场信息绘制和相关尺寸标注；文件保存和打印模块，实现事故现场图的保存和现场打印输出功能。本发明不但提高了交通事故现场勘测的精度，缩短了现场数据处理和绘图时间，还能满足在事故现场打印输出现场图的要求。
文档编号G01C11/00GK102564403SQ20121000240
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月6日 优先权日2012年1月6日
发明者王小庆, 苗新强, 金先龙, 陈德户, 韩学源 申请人:上海交通大学