基于双目立体视觉的汽车安全车距测量方法

收 稿 日期 ：２０１０４）７—１１． 基 金 项 目 ：美 国 德州 仪 器 大 学 计划 创 新 基 金 资 资 助 项 目（２００９０９０７）． 通 信 作 者 ：张 风 静 ．Ｅ—ｍａｉｌ：ｚｈｆｅｎｇｊｉｎｇ１９８６＠ ｙａｈｏｏ．ｃｏｒｎ．ｃｎ．
近年来 车 辆安 全辅 助驾 驶 系统越 来越 受 到人 们 的重视 ，汽 车安 全 车距 测 量 系统 通 过 计 算 当前 车 与 前 方 目标车 之 间 的距 离 ，当汽 车 车 距 较 近 时 向司 机 预先 发 出报 警 信号 ，从 而 完 成 危 险警 告 和 防碰 撞 的 功 能 ．
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２ 摄 像 机 标定
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图 １ 双 目立体 视 党基 本 原 理
Ｆｉｇ．１ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｂｉｎｏｃｕｌａｒ ｓｔｅｒｅｏ－ｖｉｓｉｏｎ
空 间任 意点 Ｐ在 ２个摄像 机 Ｃ 和 Ｃ 上 的摄 影 点 分别 为 ＰＪ和 尸 ．假 定 和 Ｃ 摄 像 机 已经 标定 ， 它们 的投 影矩 阵分别 为满 秩矩 阵 和 Ｍｒ，于是有 ：
的公垂 线 的 中点．如 图 ２所 示 ，２条 异 面 直线 和
Ｌ ，Ｍ。和 为在 这 ２条 异 面直 线 上 滑 动 的点．当
ｌＩ Ｍ Ｍ２ ｆｌ值 最 小 时 ，Ｍ Ｍ２即为 ２条 异 面直 线 的公
垂 线 ，Ｉ （Ｍ ＋ ）即为公 垂线 中点 的坐标
．
需 要进行 静态试 验 ，所 以选取 了一般道路 的场景 ；另 外 研究 的是 高 速 公 路 上本 车道 前 方 车 辆 的距 离 检 测 ，对在本 车道左 边或右 边 的车道暂不考 虑 ，所 以试 验 时车辆 一般在 图像 中间位 置．试验 所 得数 据 如表 １所 示 ．
法 中 ，用 ，． 表示旋 转 矩 阵 Ｒ 的弟 夕ｕＩ口Ｊ里 ’ｆ 叫上
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３ 公 垂 线 中点 法 重 建 三维 点
本 文在 测距 时 做 了 大量 实 验 ，由 于所 要测
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辚Ｊ尽 可 能 平 行 ，这 ， 样 ２ 个 ｛效１冢 ＬＨｕ Ｉ
智 能 系 统 学 报
第 ６卷
究 方 向 之 一 ． 目前 国内外都 开展 了基于视 觉 探测 的汽 车 主动
防护 系统 的相 关研 究 工 作 ．丰 田汽车 发 布 了雷 克 萨 斯 “ＬＳ４６０”配备 的安 全 技 术 ，采 用 立 体 摄 像 头 及 毫 米 波 雷达 检 测 障碍 物 ，实 现 车 辆 和 行 人 的检 测 ¨ ； 富士 重工 配 备 的驾 驶 支援 系统 “ＥｙｅＳｉｇｈｔ”的 “力 狮 （Ｌｅｇａｃｙ）”，采用 立体摄 像 头在 极近 的距 离检 测行 驶 环境 ；加 拿 大 Ｐｏｉｎｔ Ｇｒｅｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ公 司 研 制 的 Ｂｕｍｂｌｅｂｅｅ ＢＢ２双 台 ＣＣＤ立 体 视 觉 系统 ，近 距 离测 量 时 相对 误差 为 １．６５％ ，距 离 增 大 时 ，误 差 急 剧 加 大 ．吉 林 大学 开 发 了 ＪＵＴＩＶ 系 列 智 能 车 ，它 基 于 单 目视 觉建 立 了安 全 车距 预警 模 型 ；重 庆 大学 黄 席樾 教 授领 导 的 团队开 展 了基于 单 目视觉 的车 道保 持 、距 离测 量等 研 究 工 作 】；南 京 理 工 大 学 陆建 峰
第 ６卷第 １期 ２０１１年 ２月
智 能 系 统 学 报
ＣＡＭ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－４７８５．２０１ １．Ｏ１．０１ １
ＶｏＩ．６ Ｎｏ．１ Ｆｅｂ．２０１１
基 于 双 目立 体 视 觉 的 汽 车 安 全 车 距 测 量 方 法
智 能 系 统 学 报
第 ６卷
等开 展 了基 于单 目视 觉 的车辆 检 测 、车距 识 别 等相 关 研究 工作 ．
从 目前 国 内外 研 究 现状 来 看 ，大 部分 国外 厂商 推 出的立 体视 觉产 品 尚未 投 入 真 正 的工 程应 用 ，对 我 国普通 车辆 来说 ，配 备 国外 已推 出 的立 体 视觉 系 统 必须付 出高 昂的 代 价 ；另外 国外 推 出 的产 品大 都 只能实现 近距离 障 碍物 检 测 和距 离 测 量 ，不适 用 于 高速 公路 上 的车距 测量 与 保 持．国 内大 部 分 的研究 工作都 是基 于单 目立 体 视 觉 的车 距 测量 系统 ，而基 于双 目立体 视觉 的 车距 保持 系统 研究 较 少 ，目前 国 内还未 见有 厂商推 出此类 产 品 ，因此 本课 题 的研 究 是 非 常有价值 的 ．
笫１期
张风静，等：基于双目立体视觉的 兰窒全兰里 兰 一— — —
取 夕卜 对 所使 用 的双 目立体 视觉 系统 进 近行 仃 标 怀 定 疋得 付 出 山的 叫
系统 主要 参数 如下 （单 位为像 素 ）：
盖 鬈 磊薹 赫篙
萎
系 坐标 为 （ ，Ｙ，０ ，１），摄像 机 固定 ，半 向杯 疋 似仕 佻
（一０．２５６ ７６，ｎ ０７７ ６４，０．００３ １２，Ｏ．０１０ ４９，０）；
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Ｒ ： （一０．０５３ ５６，一 ０．１６５ ０３，一 ２０·Ｏ０２ ６６）；
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Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｔｏｐｉｃｓ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ（ＩＴＳ），ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ ｅａｒｌｙ—ｗａｒｎｉｎｇ ａ—
ｇａｉｎｓｔ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ｈａｖｅ ｄｒａｗｎ ｍ ｕｃｈ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ． Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｂｉｎｏｃｕｌａｒ ｓｔｅｒｅｏｖｉｓｉｏｎ，ａ ｓｐａｅ— ｉｎｇ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｐｒｏｇｒａｍ ｆｏｒ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｖｅｈｉｃｌｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ． Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ ｃｏｒｒｅ— ｓｐｏｎｄｉｎｇ ｔｏ ｔｗｏ ｂｉｎｏｃｕｌａｒ ｉｍ ａｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔ ｖｅｈｉｃｌｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｌｅｆｔ ａｎｄ ｒｉｇｈｔ ｃａｍｅｒａｓ，ｔｈｅ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔ ｖｅｈｉｃｌｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｃａｍｅｒａ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｅａｌｃｕｌａｔｅｄ ｂｙ ｅｍｐｌｏｙｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｍｍｏｎ ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｍｉｄｐｏｉｎｔ ｍｅｔｈｏｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ ｍ ｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｐｒｏｇｒａｍ ｃａｒｌ ｍ ｅａｓｕｒｅ ａ ｗｉｄｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ ｄｉｓｔａｎｃｅ ａｎｄ ｃａｎ ａｌｓｏ ｂｅ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｒｅ— ｍ ｏｔｅ ｄｉｓｔａｎｃｅｓ． Ｔｈｅ ｈｉ ｇｈ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｃａｎ ｍ ｅｅｔ ｔｈｅ ｎｅｅｄｓ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｖｅｈｉｃｌｅｓ ｉｎ ａ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｖｅｈｉｃｌｅｓ ｓｐａｃｉｎｇ ｓｕｒｖｅｙ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｗａｙ ｆｏｒ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｆｌｏｎｔ ｃａｒ ｄｉｓｔａｎｃｅ． Ｋ ｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ；ｖｅｈｉｃｌｅ ｄｉｓｔａｎｃｅ；ｂｉｎｏｃｕｌａｒ ｓｔｅｒｅｏｖｉｓｉｏｎ；ｃｏｍｍｏｎ ｐｅｒｐ ｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｍ ｉｄｐｏｉｎｔ
基 于上述分 析 ，开 展 了基 于 立体 视 觉 的 汽车 安 全 车距 测 量技术 研究 ，研究 目的有 ２个 ：让 普通 车辆 也装 上立体 视觉 系统 ；增 加 系统 的探测距 离 ，提 高远 距离 的车距 测量精 度．对 于前 一个 目的 ，本 文 的实 验 系统选 用 了市 面上 非 常普 及 的几 十元 的普 通 摄 像 头 ，摄像 头焦距 厂＝３．８５ ｍ，分 辨率 为６４０×４８０；针对 后 一个 目的 ，从 视觉 车距算 法角 度开展 了深入 研究 ， 以期 达 到设计 目标．
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｖｅｈｉｃｌｅ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｓｐａｃｉｎｇ ｍ ｅａｓｕｒｅｍ ｅｎｔｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｂｉｎｏｃｕｌａｒ ｓｔｅｒｅ０ｖｉｓｉ０ｎ
ＺＨＡＮＧ Ｆｅｎｇｊｉｎｇ，ＺＨＯＵ Ｊｉａｎｊｉａｎｇ，ＸＩＡ Ｗｅｉｊｉｅ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ ａｎｄ Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００１６，Ｃｈｉｎａ）
张凤 静 ，周 建 江 ，夏伟 杰
（南 京航 空 航 天 大 学 信 息科 学 与 技 术 学 院 ，江 苏 南京 ２１００１６）
摘 要 ：汽车安全 车距 测量 作为智能交通 系统 的一 个重要分 支是 近年 来 的研究 热点．本文 阐述了双 目立体视觉 的原 理 ，提 出 一 种 应 用 于 高速 公 路 上 的 安 全 车 距 测 量 方 法 ．该 方法 根 据 目标 车 辆 在 左 右 摄 像 头 所 获 的 图像 中 对 应 的不 同 坐标 ，利用公垂线 中点法计算 出 目标车辆到摄像头 的距 离．实 验结 果表 明 ：该测距 方法测 量范 围广 ，对 远距离测 量也 遁 用 ；测 量 精 度 能 满 足 智 能 交 通 中车 辆 安 全 距 离 测 量 的 实 际 需 要 ，是 一 种 有 效 的前 方 车 距 测 量 方 法 ． 关 键 词 ：智 能 交 通 ；安 全 车 距 ；双 目立 体 视 觉 ；公 垂 线 中点 法 中 图 分 类 号 ：ＴＰ３９１ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１６７３－－４７８５（２０１１）０１－００７９－０６