专利名称：基于车牌合作目标和单目摄像机的汽车防撞预警方法
技术领域：
本发明涉及汽车安全技术领域，特别是涉及基于车牌合作目标和单目摄像机的汽车防撞预警方法。
背景技术：
汽车防撞预警系统是通过传感器、计算机图像处理技术来实现车距监测、追尾预警、碰撞预警、导航功能的车载智能系统，是智能汽车无人驾驶技术中的一项关键技术。汽车防撞预警系统能够根据摄像机拍摄的汽车车牌图像通过单目视觉定位技术来确定前方车辆与当前车辆之间的相对距离与相对速度。从而进行危险判断，及时提醒驾驶员做出相应动作以避免汽车的碰撞。该系统定位技术的研究能够辅助驾驶员判断，提示预警，提高驾驶安全性。汽车防撞预警系统通过事先预防，有效的保护驾驶员和道路环境中行人的安全，大大减少汽车碰撞，减少经济损失避免事故的发生，因此，它是汽车安全性的重点研究领域，是增强车辆行驶安全性，减少交通事故的必要手段。 现有汽车防撞预警系统存在的传感器数量多，处理速度慢，造价高的问题，该发明专利提出一种基于车牌合作目标和单目摄像机的定位方法，并在此基础上拟研发一种基于单目摄像机的汽车防撞预警系统。单目视觉的方式处理速度快，成本低。包括两方面问题，一是识别和定位图像中的车牌，二是确定车牌的位置和姿态。对于识别和定位图像中的车牌，首先，采用基于数学形态学的方法把前车和车牌图像从尾部图像中初步提取出来，由于车体角度倾斜，车灯图像的干扰，采用基于车牌字符纹理特征边缘检测的方法去除伪车牌，目前车体尾部图像中包括很多广告牌和提示牌图像，为了去除这部分伪图像的干扰，采用基于颜色特征的方法识别车牌类型，最后定位车牌区域，提取出车牌的边框和角点。对于第二个问题采用基于合作目标的单目摄像机定位方法确定车牌的位置和姿态。车牌能够提供四条边线作为合作目标，采用矩形合作目标定位方法就能对车牌进行定位。对视野中的所有车牌根据形态学进行分类同时提取图像每个车牌的轮廓，根据每种车牌已知的长宽数据，利用基于直线特征的单目摄像机定位方法计算该车牌在车体坐标系下的位置和姿态。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种采用基于车牌边框矩形特征的单目视觉定位方法，能够精确确定当前车辆与前方车辆之间的相对距离与相对速度，处理速度快，成本低的汽车防撞预警方法。采用的技术方案是
基于车牌合作目标和单目摄像机的汽车防撞预警方法，通过安装在汽车车头的前视摄像机，汽车尾部的后视摄相机时实图像采集，分别用于定位前方行驶车辆与本车的相对位置和速度和用于定位后方行驶车辆与本车的相对位置和速度，两个前后视摄像机的图像采集与视觉定位系统分别工作，经智能分析综合系统根据前后视两部摄像机获取的前后车辆定位信息以及车辆行驶数据对本车的安全状态进行分析，根据评估结果对驾驶员给出报警和建议，报警形式为声、光、语音三级报警。上述的基于车牌合作目标和单目摄像机的汽车防撞预警方法，包括识别和定位图像中的车牌与确定车牌的位置和姿态，利用车牌边框的四条边线作为合作目标，单目视觉定位方法来确定当前车辆与前、后方车辆之间的相对距离与相对速度。上述的前视摄像机预警方法与后视摄像机预警方法均采用相同的定位方法，二者独立工作。本发明与现有技术相比具有如下优点
I.定位精度高。采用基于车牌边框矩形特征的单目视觉定位方法能够精确确定当前车辆与前方车辆之间的相对距离与相对速度。
2.适用范围广泛。该汽车防撞预警装置采用车牌边框作为测量依据，车牌边框具有国家统一标准，无论在标准结构化环境下还是在非标准结构环境下都具有不变性，因此该汽车防撞预警装置应用范围广泛，不依赖于车道。
图I是本发明的结构示意图。图2是基于车牌边框的单目视觉定位方法示意图。
具体实施例方式基于车牌合作目标和单目摄像机的汽车防撞预警方法，该防撞预警结构组成如图I所示。汽车防撞预警系统由安装在汽车车头的前视摄像机，汽车尾部的后视摄相机，图像采集系统及车辆定位系统，智能分析综合系统组成。前视摄像机用于定位前方行驶车辆与本车的相对位置和速度；后视摄像机用于定位后方行驶车辆与本车的相对位置和速度。两个前后视摄像机的图像采集系统、视觉定位系统分别独立工作。该汽车防撞预警，采用基于车牌合作目标和单目视觉的汽车防撞预警方法。包括识别和定位图像中的车牌与确定车牌的位置和姿态两方面的问题。采用综合特征包括基于结构特征、纹理特征、颜色特征精确定位车牌图像区域，并且提取出车牌图像的边框。车牌边框具有统一尺度。并且车牌边框是标准的矩形。该发明中采用基于车牌边框矩形特征的单目视觉定位方法来确定当前车辆与前方车辆之间的相对距离与相对速度。该方法定位精度高，实时性好。再经智能分析综合系统根据前后两部摄像机获取的前后车辆定位信息以及车辆行驶数据，驾驶员操控行为数据对本车的安全状态进行分析，对驾驶员的操控行为可能对安全性产生的影响进行评估，最后根据评估结果对驾驶员给出报警和建议，报警形式为声、光、语音三级报警。本发明的工作原理
如图2所示设摄像机模型为透视投影模型并且摄像机的内参数已知。设车牌边框的四条边40 = 1: 在世界坐标系下的方向向量为匕=(1 = 1: 4)。四条边相
交于四个顶点的坐标为P = I:句。四条边在摄像机坐标系下的方向向量为
V1 = (Ael, BepCJ (i=l 4)。四个顶点6/=(1: 4)在摄像机坐标系下的坐标为 = (1: 4)。四条边在图像坐标系下成像的直线U〗 = 1:勺方程为v+6/+q = o (〗=1: 4)。方向向量为,图像直线上点的坐标为i,〗=(1:句。四个顶点4)在图
像坐标系下像点P1 j = (1: 4)的坐标为(XeftJe,,/) = (1 4)。车牌边框边L1的长度为陶I = a。定位问题是确定物体坐标系和摄像机坐标系之间的刚体变换I。透视投影模型将空间直线-和图像直线、以及摄像机光心约束到一个平面，称这个平面为解释平面S4 = l: 4)。假设垂直于解释平面巧的法向量为 则法向量"与图像直线G以及图像直线L上的任意一点Λ与光心的连线印,都垂直，因此法向量可以表示为I的方向向量L和碑
的方向向量的外积。
权利要求
1.基于车牌合作目标和单目摄像机的汽车防撞预警方法，其特征在于通过安装在汽车车头的前视摄像机，汽车尾部的后视摄相机时实图像采集，分别用于定位前方行驶车辆与本车的相对位置和速度和用于定位后方行驶车辆与本车的相对位置和速度，两个前后视摄像机的图像采集与视觉定位系统分别工作，经智能分析综合系统根据前后视两部摄像机获取的前后车辆定位信息以及车辆行驶数据对本车的安全状态进行分析，根据评估结果对驾驶员给出报警和建议，报警形式为声、光、语音三级报警。
2.根据权利要求I所述的基于车牌合作目标和单目摄像机的汽车防撞预警方法，其特征在于所述的汽车防撞预警方法，包括识别和定位图像中的车牌与确定车牌的位置和姿态，利用车牌边框的四条边线作为合作目标，单目视觉定位方法来确定当前车辆与前、后方车辆之间的相对距离与相对速度。
3.根据权利要求I所述的基于车牌合作目标和单目摄像机的汽车防撞预警方法，其特征在于所述的前视摄像机预警方法与后视摄像机预警方法均采用相同的定位方法，二者独立工作。
全文摘要
基于车牌合作目标和单目摄像机的汽车防撞预警方法，通过安装在汽车车头的前视摄像机，汽车尾部的后视摄相机时实图像采集，分别用于定位前方行驶车辆与本车的相对位置和速度和用于定位后方行驶车辆与本车的相对位置和速度，两个前后视摄像机的图像采集与视觉定位系统分别工作，经智能分析综合系统根据前后视两部摄像机获取的前后车辆定位信息以及车辆行驶数据对本车的安全状态进行分析，根据评估结果对驾驶员给出报警和建议，报警形式为声、光、语音三级报警。本发明能通过事先预防，有效的保护驾驶员和道路环境中行人的安全，大大减少汽车碰撞，减少经济损失避免事故的发生，该方法定位精度高，实时性好。
文档编号G01C11/02GK102778223SQ20121018519
公开日2012年11月14日 申请日期2012年6月7日 优先权日2012年6月7日
发明者秦丽娟 申请人:沈阳理工大学