CN104111058B - 车距测量方法及装置、车辆相对速度测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车距测量方法及装置、车辆相对速度测量方法及装置。车距测量方法包括：获取本车相对于前车的水平倾斜角度；根据水平倾斜角度计算得到前车和本车之间经校正的距离。本发明的车距测量方法及装置、车辆相对速度测量方法及装置能够对本车与前车之间的距离进行准确的测量。

Description

车距测量方法及装置、车辆相对速度测量方法及装置

技术领域

本发明涉及车距测量技术领域，特别是涉及一种车距测量方法及装置、车辆相对速度测量方法及装置。

背景技术

在车辆的控制中心，有两大***，一个是前车碰撞告警***（FCWS），另一个是车辆偏航告警***（LDWS）。前车碰撞告警***从车载前置摄像头图像中检测前方车辆，若发现有潜在碰撞危险，则提前发出报警。车辆偏航告警***从车载前置摄像头图像中检测前方车道，若发现本车偏离驾驶车道，则进行报警。

在行车时，如果能得到准确的前车距离，计算出预计发生追尾的时间，则可以有效的提醒驾驶员对车速进行控制，从而避免车祸发生。因此车距计算是FCWS中非常重要的模块。现有技术中对于前车距离的测量，一是采用雷达测量，但是雷达分辨不出前方是车辆还是其它的障碍物，且雷达的价格昂贵；二是采用摄像头通过图像算法计算车距，但是当摄像头的光轴与水平面不平行时，容易出现计算错误。

发明内容

有鉴于此，特提供以下技术方案：

本发明采用的一个技术方案是：提供一种车距测量方法，包括：获取本车相对于前车的水平倾斜角度；根据所述水平倾斜角度，计算得到前车和本车之间经校正的距离。

其中，所述获取本车相对于前车的水平倾斜角度的步骤包括：从本车的摄像头捕获的图像中，获取车道无穷远处在所述图像平面y轴上的像素位置v；根据车道无穷远处在所述图像平面y轴上的像素位置v、所述摄像头的像素焦距f和图像中心c，获得所述摄像头的光轴与水平面之间的夹角θ，所述夹角θ即为本车相对于前车的水平倾斜角度。

其中，所述获取本车相对于前车的水平倾斜角度的步骤，包括：从本车的电子水平仪或陀螺仪获得本车的所述摄像头的光轴与水平面之间的夹角θ，所述夹角θ即为本车相对于前车的水平倾斜角度。

其中，所述根据水平倾斜角度，计算得到前车和本车之间经校正的距离的步骤，包括：从本车的所述摄像头捕获的所述图像中，获取所述前车在所述图像平面y轴上的像素位置y；根据所述像素位置y、所述摄像头的像素焦距f和图像中心c，获得所述摄像头的光轴与所述前车通过所述像素位置y的入射光线的夹角β；根据所述夹角θ和所述夹角β，获得所述前车通过所述像素位置y的入射光线与所述水平面之间的夹角α；根据所述夹角α和所述摄像头安装的高度H，获得前车和本车之间第一校正距离d₁，以作为所述前车和本车之间经校正的距离。

其中，所述方法还包括：从本车的所述摄像头捕获的所述图像中，获得所述前车在所述图像平面x轴上的像素位置x；根据所述获得的所述前车在所述图像平面x轴上的像素位置x，获得所述前车垂直于本车正前方方向的距离d₃；根据所述距离d₁和距离d₃，获得前车和本车之间第二校正距离d₂，以作为所述前车和本车之间经校正的距离，其中 $d_2=\sqrt{{d_1}^2+{d_3}^2}.$

为解决上述技术问题，本发明采用另一技术方案为：提供一种车辆相对速度测量方法，包括：获取本车相对于前车的水平倾斜角度；根据所述水平倾斜角度，分别计算得到在t₁时刻和t₂时刻前车和本车之间经校正的距离和其中t₂大于t₁；获得本车与前车之间的相对速度V，其中 $V=\frac{d_{t_1}-d_{t_2}}{t_2-t_1}.$

其中，所述获得本车与前车之间的相对速度V的步骤还包括：采用均值平滑、卡尔曼模型或隐马尔科夫模型对所述相对速度V进行平滑，获得平滑后的相对速度V_f。

其中，所述采用均值平滑、卡尔曼模型或隐马尔科夫模型对所述相对速度V进行平滑，获得平滑后的相对速度V_f的步骤还包括：获得t₂时刻本车与前车预计发生碰撞的时间T_collision，即

为了解决上述技术问题，本发明采用再一技术方案为：提供一种车距测量装置，所述装置包括：角度获取模块，用于获取本车相对于前车的水平倾斜角度；距离计算模块，用于根据所述水平倾斜角度，计算得到前车和本车之间经校正的距离。

其中，所述角度获取模块包括：第一位置获取单元，用于从本车的摄像头捕获的图像中，获取车道无穷远处在所述图像平面y轴上的像素位置v；第一角度获得单元，用于根据车道无穷远处在所述图像平面y轴上的像素位置v、所述摄像头的像素焦距f和图像中心c，获得所述摄像头的光轴与水平面之间的夹角θ，所述夹角θ即为本车相对于前车的水平倾斜角度。

其中，所述角度获取模块还用于从本车的电子水平仪或陀螺仪获得本车的所述摄像头的光轴与水平面之间的夹角θ，所述夹角θ即为本车相对于前车的水平倾斜角度。

其中，所述距离计算模块包括：第二位置获取单元，用于从本车的所述摄像头捕获的所述图像中，获取所述前车在所述图像平面y轴上的像素位置y；第二角度获得单元，用于根据像素位置y、所述摄像头的像素焦距f和图像中心c，获得所述摄像头的光轴与所述前车通过所述像素位置y的入射光线的夹角β；第三角度获得单元，用于根据所述夹角θ和所述夹角β，获得所述前车通过所述像素位置y的入射光线与所述水平面之间的夹角α；第一距离获得单元，用于根据所述夹角α和所述摄像头安装的高度H，获得前车和本车之间第一校正距离d₁，以作为所述前车和本车之间经校正的距离。

其中，所述距离计算模块还包括：第三位置获取单元，用于从本车的所述摄像头捕获的所述图像中，获得所述前车在所述图像平面x轴上的像素位置x；第二距离获得单元，用于根据所述获得的所述前车在所述图像平面x轴上的像素位置x，获得所述前车垂直于本车正前方方向的距离d₃；第三距离获得单元，用于根据所述距离d₁和距离d₃，获得前车和本车之间第二校正距离d₂，以作为所述前车和本车之间经校正的距离，其中 $d_2=\sqrt{{d_1}^2+{d_3}^2}.$

为了解决上述技术问题，本发明采用另再一技术方案为：提供一种车辆相对速度的测量装置，所述装置包括：角度获取模块，用于获取本车相对于前车的水平倾斜角度；距离计算模块，用于根据所述水平倾斜角度，分别计算得到在t₁时刻和t₂时刻前车和本车之间经校正的距离和其中t₂大于t₁；速度获得模块，用于获得本车与前车之间的相对速度V，其中 $V=\frac{d_{t_1}-d_{t_2}}{t_2-t_1}.$

其中，所述装置还包括平滑获得模块，所述平滑获得模块用于采用均值平滑、卡尔曼模型或隐马尔科夫模型对所述相对速度V进行平滑，获得平滑后的相对速度V_f。

其中，所述装置还包括时间获得模块，所述时间获得模块用于获得t₂时刻本车与前车预计发生碰撞的时间T_collision，即

本发明的车距的测量方法及装置、车辆相对速度的测量方法及装置，根据本车相对于前车的水平倾斜角度，计算得到前车和本车之间经校正的距离，通过这种方式，能够对本车与前车之间的距离进行准确的测量，且没有添加任何额外的设备，不会增加额外的成本。

附图说明

图1是本发明车距测量方法一实施方式的流程图；

图2是本车摄像头光轴与水平面平行情况下前车与本车间测距示意图；

图3是本车摄像头光轴与水平面不平行情况下前车与本车间测距示意图；

图4是本发明车距测量方法另一实施方式的流程图；

图5是二维平面中前车与本车间第一校正距离的分析示意图；

图6是三维空间中前车与本车间第二校正距离的分析示意图；

图7是二维平面中前车与本车间第一校正距离的另一实施例的分析示意图；

图8是本发明车辆相对速度测量方法一实施方式的流程图；

图9是在t₁时刻和t₂时刻前车和本车之间经校正的距离和的示意图；

图10是本发明车辆相对速度测量方法另一实施方式的流程图；

图11是包括本发明车距测量装置的车辆***一实施方式的结构示意图；

图12是本发明车距测量装置一实施方式的结构示意图；

图13是本发明车距测量装置另一实施方式的结构示意图；

图14是本发明车辆相对速度测量装置一实施方式的结构示意图；

图15是本发明车辆相对速度测量装置另一实施方式的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明进行详细说明。

请参阅图1，图1是本发明车距测量方法一实施方式的流程图。本实施方式包括以下步骤：

步骤S101：获取本车相对于前车的水平倾斜角度。

为测试车距，车辆一般会在本车设置摄像头，通过捕获该摄像头拍摄的前方路况的图像，来确定本车与前面车辆的距离。请参阅图2，现有技术中，前车220与本车210的距离d一般由获得，其中，f为摄像头230的像素焦距，H为摄像头230的安装高度，y为前车220在所述图像平面232的y轴上的像素位置。该测定车距的方法适合摄像头230的光轴231与水平面平行的情况。

请参阅图3，当本车310上的摄像头330的光轴331与水平面不平行时，根据上述测定车距的方法得到的车距d’则并非本车310与前车320之间的实际距离d。本实施方式中，本车310在捕获到摄像头330拍摄的前方路况的图像后，通过对图像平面332上的前方路况进行分析，获得本车310相对于前车320的水平倾斜角度，该水平倾斜角即摄像头330的光轴331与本车310所处的水平面的夹角θ。

步骤S102：根据水平倾斜角度，计算得到前车和本车之间经校正的距离。

在获得本车相对于前车的水平倾斜角度θ后，根据前车在图像平面上成像位置以及摄像头的像素焦距f和图像中心c，获得根据前车和本车之间的实际距离，即前车和本车之间经校正的距离d。

其中，摄像头的像素焦距f和图像中心c可直接通过本车摄像头提供的内参信息中获得。如果摄像头没有提供相关信息，则可对摄像头进行标定，以获得摄像头的内参信息。例如通过张正友标定法、三线标定法或其他标定方法如对摄像头进行标定，以获得摄像头的内参信息。本领域技术人员均了解如何对摄像头进行标定以获得摄像头内参信息，为简洁起见，在此不做详述。

请参阅图4至图6，图4是本发明车距测量方法另一实施方式的流程图，图5是二维平面中前车与本车间第一校正距离的分析示意图，图6是三维空间中前车与本车间第二校正距离的分析示意图。本实施方式包括以下步骤：

步骤S401：从本车的摄像头捕获的图像中，获取车道无穷远处在所述图像平面y轴上的像素位置v。

本车的摄像头将前方路况成像在与摄像头光轴垂直图像平面上。根据射影几何学可知，通过同一无穷远点的所有直线平行。故前方车道无穷远处到摄像头的入射光线与车道平行。对于本车，其所在的车道即为所处的水平面，故车道无穷远处到摄像头的入射光线与摄像头光轴的夹角θ即为摄像头光轴与本车所处的水平面的夹角。

本车从摄像头捕获前方路况的图像，车道无穷远处透过摄像头成像于图像平面上。本车根据捕获的图像识别出图像中的车道线，以确定图像平面中的车道无穷远处，进而获取图像平面中车道无穷远处在y轴的像素位置v。

具体地，本实施方式中，本车通过直线道路模型，识别出捕获的图像中的车道线，进而获取图像平面中车道无穷远处在y轴的像素位置v。并且，在图像中存在障碍物部分阻挡车道线时，本车自动根据能识别出的部分车道线进行延伸处理，以确定图像平面中的车道无穷远处，减少了外界对本实施方式的干扰。需要说明的是，在其他实施方式中，本车也可以通过其他车道线识别方式来确定车道线，例如，根据车道线的颜色等方式，在此不作限定。本领域技术人员了解车道识别技术，故在此不进行详述。

步骤S402：根据像素位置v、摄像头的像素焦距f和图像中心c，获得摄像头的光轴与水平面之间的夹角θ，所述夹角θ即为本车相对于前车的水平倾斜角度。

根据图5易得，摄像头光轴与水平面间的夹角θ与像素位置v的关系为：进而得到摄像头光轴与水平面间的夹角：

$\mathrm{\θ}=\arctan \left(\frac{v-c_y}{f}\right)---\left(1\right).$

在获得车道无穷远处在图像平面y轴上的像素位置v后，本车根据上式（1），可获得摄像头的光轴与水平面之间的夹角θ，而夹角θ即为本车相对于前车的水平倾斜角度。上式（1）中，f为本车摄像头的像素焦距，c_y为图像中心c在图像平面y轴的位置。在其他实施方式中，当图像平面的坐标轴以图像中心为原点时，c_y为零。

步骤S403：从本车的电子水平仪或陀螺仪获得本车的摄像头的光轴与水平面之间的夹角θ，所述夹角θ即为本车相对于前车的水平倾斜角度。

在本车设置有电子水平仪或陀螺仪的情况下，该电子水平仪或陀螺仪对应于摄像头设置，使得电子水平仪或陀螺仪所测的角度为摄像头的光轴与水平面之间的夹角。本车无法识别出图像中的车道线（例如，在前方路面没有车道线或车道线不明显）时，可直接从电子水平仪或陀螺仪中读取本车的摄像头的光轴与水平面之间的夹角θ。

步骤S404：从本车的摄像头捕获的图像中，获取前车在图像平面y轴上的像素位置y。

在摄像头捕获的图像中，前车在车道上最靠近本车的位置成像于图像平面y轴上的像素位置y上，本车从图像中获取该像素位置y。

步骤S405：根据像素位置y、摄像头的像素焦距f和图像中心c，获得摄像头的光轴与前车通过像素位置y的入射光线的夹角β。

根据图5易得，摄像头光轴与前车通过像素位置y的入射光线的夹角β与像素位置y的关系为：进而得到摄像头光轴与前车通过像素位置y的入射光线的夹角，计算公式如下：

$\mathrm{\β}=\arctan \left(\frac{y-c_y}{f}\right)---\left(2\right).$

在获得前车在图像平面y轴上的像素位置y后，本车根据上式（2），可获得摄像头的光轴与前车通过像素位置y的入射光线的夹角β。上式（2）中，f为本车摄像头的像素焦距；c_y为图像中心c在图像平面y轴的位置。

步骤S406：根据夹角θ和夹角β，获得前车通过像素位置y的入射光线与水平面之间的夹角α。

根据图5可得，前车通过像素位置y的入射光线与水平面之间的夹角α与夹角θ及夹角β的关系为：

α=β-θ （3）

本车获得水平面夹角θ和夹角β后，由上式（3），可获得前车通过像素位置y的入射光线与水平面之间的夹角α。

步骤S407：根据夹角α和摄像头安装的高度H，获得前车和本车之间第一校正距离d₁。

根据图5可得，在本车正前方向上前车与本车的距离d₁与夹角α的关系为：

$d_1=\frac{H}{\tan \mathrm{\α}}---\left(4\right)$

在获得夹角α后，本车获取摄像头的安装高度值H，并根据上式（4），可获得在本车正前方向上前车与本车的距离d₁，即为前车和本车之间第一校正距离d₁。

步骤S408：从本车的摄像头捕获的图像中，获得前车在图像平面x轴上的像素位置x。

如图6，在另一实施例中，假设本车610正前方为三维空间中X轴的正方向，在前车620不处于本车610正前方时，步骤S407获取的前车和本车之间第一校正距离d₁为前车620在本车610正前方向上的投影621与本车610的距离。在本车610捕获的图像中，前车620成像在图像平面632的x轴的像素位置x上。本实施方式中，在获得前车620和本车610之间第一校正距离d₁后，本车610从捕获的图像中获取前车620在图像平面632x轴上的像素位置x。

步骤S409：根据获得的前车在图像平面x轴上的像素位置x，获得前车垂直于本车正前方方向的距离d₃。

如图6，前车620和前车620在本车610正前方向上的投影621的入射光线透过摄像头630分别成像在图像平面632的C和C’处，根据相似三角形和勾股定理易得：从而求得d₃：

$d_3=(x-c_x)\sqrt{\frac{H^2+d_1^2}{y^2+f^2}}---\left(5\right).$

在获得前车620在图像平面632的x轴上的像素位置x后，本车根据上式（5），可获得前车620垂直于本车610正前方方向的距离d₃。上式（5）中，f为摄像头630的像素焦距；c_x为图像中心c在图像平面632中x轴的位置，H为摄像头630安装的高度，d₁为前车620在本车610正前方向上的投影621与本车610的距离，即步骤S407所获得的前车和本车之间第一校正距离d₁。

步骤S410：根据距离d₁和距离d₃，获得前车和本车之间的第二校正距离d₂，其中 $d_2=\sqrt{{d_1}^2+{d_3}^2}.$

如图6，根据勾股定理，可知获得前车620与本车610实际距离d₂和前车620在本车610正前方向上的投影621与本车610的距离d₁及前车620垂直于本车610正前方方向的距离d₃的关系为：

$d_2=\sqrt{{d_1}^2+{d_3}^2}---\left(6\right).$

本车610在获得距离d₁和距离d₃后，根据上式（6），可获得前车620和本车610之间第二校正距离d₂，即前车620与本车610实际距离。

需要说明的是，在其他实施方式中，并不必须执行本实施方式的所有步骤。本发明车距测量方法是基于上式（1）至（6）的，故在其他实施方式中，可根据上式（1）至（6）的推导公式，进行相应的步骤，在此不作限定。例如，根据上式（2）至（6）可直接得到前车和本车之间第二校正距离d₂与前车在图像平面y轴上的像素位置y及在x轴上的像素位置x的关系。本车在获取在图像平面y轴上的像素位置y及在x轴上的像素位置x步骤后，无需执行获得前车和本车之间第一校正距离d₁及前车垂直于本车正前方方向的距离d₃，直接执行根据前车和本车之间第二校正距离d₂与像素位置y及像素位置x的关系及摄像头的像素焦距f和图像中心c，获得前车和本车之间第二校正距离d₂的步骤。

请参阅图7，在某些情况中，摄像头光轴与水平面的夹角θ存在为水平向下的情况。根据图5-6及上述说明书的记载可知，图7的实施例中，摄像头光轴与水平面间的夹角为摄像头光轴与前车通过像素位置y的入射光线的夹角为前车通过像素位置y的入射光线与水平面之间的夹角为α=θ-β，前车和本车之间第一校正距离为在前车不处于本车正前方时，前车垂直于本车正前方方向的距离为前车和本车之间第二校正距离为具体说明与上述摄像头光轴与水平面的夹角θ为水平向上的情况类似，在此不再赘述。

对上述实施方式分析推导可得：在任何情况下，本车可根据得到摄像头光轴与水平面间夹角θ，根据得到摄像头光轴与前车通过像素位置y的入射光线之间的夹角β，根据α=|θ-β|得到前车通过像素位置y的入射光线与水平面之间的夹角α，根据得到前车和本车之间第一校正距离d₁，根据得到前车垂直于本车正前方向的距离d₃，根据得到前车和本车之间第二校正距离d₂。

请参阅图8和图9，图8是本发明车辆相对速度测量方法实施方式的流程图，图9是在t₁时刻和t₂时刻前车和本车之间经校正的距离和的示意图。本实施方式包括以下步骤：

步骤S801：获取本车相对于前车的水平倾斜角度。

本车在捕获到摄像头拍摄的前方路况的图像后，通过对该前方路况的图像进行分析，获得本车相对于前车的水平倾斜角度，该水平倾斜角即本车摄像头的光轴与本车所处的水平面的夹角。

步骤S802：根据所述水平倾斜角度，分别计算得到在t₁时刻和t₂时刻前车和本车之间的校正距离和其中t₂大于t₁。

在获得本车相对于前车的水平倾斜角度后，根据前车在图像平面上成像位置以及摄像头的像素焦距f和图像中心c，获得分别在t₁时刻和t₂时刻前车和本车之间的实际距离和即前车和本车之间经校正的距离和

本实施方式具体可采用上述本发明车距测量方法实施方式，获取前车和本车之间的校正距离，在此不再赘述，如有需要，请参阅上述本发明车距测量方法的实施方式。

步骤S803：获得本车与前车之间的相对速度V，其中

如图9，易得本车相对于前车的速度为本车速度与前车速度的差值，亦即本车分别在t₁时刻和t₂时刻获得前车和本车之间经校正的距离和后，根据上式获得本车与前车之间的相对速度V。其中，当本车相对于前车的速度V为正值时，即获悉本车的速度大于前车速度，当本车相对于前车的速度V为负值时，获悉本车的速度小于前车速度。

请参阅图10，图10是本发明车辆相对速度测量方法另一实施方式的流程图。本实施方式包括以下步骤：

步骤S1001：获取本车相对于前车的水平倾斜角度。

本车在捕获到摄像头拍摄的前方路况的图像后，通过对该前方路况的图像进行分析，获得本车相对于前车的水平倾斜角度，该水平倾斜角即本车摄像头的光轴与本车所处的水平面的夹角。

步骤S1002：根据所述水平倾斜角度，分别计算得到在t₁时刻和t₂时刻前车和本车之间的校正距离和

由于本车与前车之间的相对速度可能存在着变化，故直接根据获得的相对速度与实际的本车与前车相对速度可能存在一定的偏差。为得到更为鲁棒(Robust)的相对速度，对本车与前车相对速度V进行平滑。本实施方式中，本车采用均值平滑方式对相对速度V进行平滑，即本车连续捕获多帧前车图像，根据相邻帧图像信息，获得多个本车与前车之间的相对速度，并进行对获得的多个相对速度均值处理，以获得平滑后的相对速度V_f。

本车根据相邻帧的图像信息，获得分别在t₁时刻和t₂时刻前车和本车之间经校正的距离和其中摄像头捕获该相邻帧中后一帧图像的时刻为t₂，捕获该相邻帧中前一帧图像的时刻为t₁。

步骤S1003：获得本车与前车之间的相对速度V，其中

本车在获得在t₁时刻和t₂时刻前车和本车之间经校正的距离和后，根据上式获得本车与前车之间的相对速度V。

本车在根据该相邻帧图像信息获得相对速度后，继续返回步骤S1002，以根据下组相邻帧的图像，获得在t₁时刻和t₂时刻前车和本车之间经校正的距离和直到获得一段时间内本车与前车之间的多个相对速度。

步骤S1004：对本车与前车之间的多个相对速度进行平滑，获得平滑后的相对速度V_f。

在其他实施方式中，也可采用其他的平滑方式以获得更鲁棒的相对速度值，例如，卡尔曼、隐马尔科夫模型等平滑方式。

步骤S1005：获得t₂时刻本车与前车预计发生碰撞的时间T_collision，即 $T_{\mathrm{collision}}=\frac{d_{t_2}}{V_f}.$

本车在获得平滑后的相对速度V_f后，根据以及本车在t₂时刻与前车的校正距离获得本车在t₂时刻与前车预计发生碰撞的时间T_collision。本实施方式中，当预计发生碰撞的时间T_collision为负值时，如果前车与本车的相对速度保持为V_f，则本车与前车不会发生碰撞。

请参阅图11，图11为包括本发明车距测量装置的车辆***一实施方式的结构示意图。车辆***1100包括摄像头1120、车距测量装置1130及蜂鸣器1140。此外，车辆***1100也可包含电子水平仪1110。车距测量装置1130分别与电子水平仪1110、摄像头1120以及蜂鸣器1140耦接。车辆***利用车距测量装置1130得到本车与前车之间经校正的距离，具体实施方式将在下文详述。

在某些情况下(例如，没有车道或者车道不能被检测到的情况下)，车辆***也可进一步利用电子水平仪1110得到本车与前车之间经校正的距离。电子水平仪1110用于测量车辆***1100所在车辆（即本车）与前车的水平倾斜角θ，并发送给车距测量装置1130。在本车行驶时，摄像头1120捕获本车前面车辆的图像，并发送给车距测量装置1130，车距测量装置1130根据本车相对前车的水平倾斜角θ以及前车图像中前车在图像平面中的像素位置y，获得本车与该前车经校正的距离，即本车与该前车的实际距离。

本实施方式中，车距测量装置1130还将获得的本车与前车经校正的距离与一预设的第一阈值进行比较，在本车与前车经校正的距离大于预设的第一阈值时，车距测量装置1130向蜂鸣器1140发送控制信号，以使蜂鸣器1140发出警报声，以提醒司机本车与前车的距离为危险距离，进而保证了车辆的安全。

可选地，车辆***还包括车辆相对速度测量装置，摄像头捕获多个时刻的前车图像，并发送给车辆相对速度测量装置。同理于车距测量装置，车辆相对速度测量装置根据前车图像，获得对应多个时刻本车与前车经校正的距离，进而计算出本车与前车间的相对速度。进一步地，车辆相对速度测量装置还将获得的本车与前车间的相对速度与预设的第二阈值进行比较，在本车与前车间的相对速度大于预设的第一阈值时，车辆相对速度测量装置向蜂鸣器发送控制信号，以使蜂鸣器发出警报声，以提醒司机本车相对于前车的速度为危险速度，进而保证了车辆的安全。

需要说明的是，在另一实施方式中，车辆***中没有设置电子水平仪，但可以通过陀螺仪来获得本车相对前车的水平倾斜角。进一步地，车辆***还可以直接根据摄像头捕获的前车图像确定前面车道无穷远处在图像平面的像素位置v，进而计算得到本车相对前车的水平倾斜角，在此不作限定。另外，所述预设的第一、第二阈值可根据实际需要设定为不同值，在此不作限定。

请参阅图12，图12是本发明车距测量装置一实施方式的结构示意图。本实施方式中，车距测量装置1200包括角度获取模块1210和距离计算模块1220。角度获取模块1210与距离计算模块1220耦接。

角度获取模块1210用于获取本车相对前车的水平倾斜角度。车辆一般会在本车设置摄像头，车距测量装置1200通过捕获摄像头拍摄的前方路况的图像，来确定本车与前面车辆的距离。请参阅图3，当本车上的摄像头光轴与水平面不平行时，在捕获到摄像头拍摄的前方路况的图像后，角度获取模块1210通过对该前方路况的图像进行分析，获得本车相对于前车的水平倾斜角度，并发送给距离计算模块1220，其中该水平倾斜角即本车摄像头的光轴与本车所处的水平面的夹角θ。

距离计算模块1220用于根据水平倾斜角度，计算得到前车和本车之间经校正的距离。距离计算模块1220在接收到本车相对于前车的水平倾斜角度θ后，根据前车在图像平面上成像位置以及摄像头的像素焦距f和图像中心c，获得根据前车和本车之间的实际距离，即前车和本车之间经校正的距离d。

请参阅图13及图5、图6，图13是本发明车距测量装置另一实施方式的结构示意图。本实施方式中，车距测量装置1300包括角度获取模块1310和距离计算模块1320，其中，角度获取模块1310包括第一位置获取单元1311和第一角度获得单元1312，距离计算模块1320包括第二位置获取单元1321、第二角度获得单元1322、第三角度获得单元1323、第一距离获得单元1324、第三位置获取单元1325、第二距离获得单元1326及第三距离获得单元1327。

第一位置获取单元1311用于从本车的摄像头捕获的图像中，获取车道无穷远处在所述图像平面y轴上的像素位置v以及摄像头光轴与本车所处的水平面的夹角θ。

具体地，本实施方式中，第一位置获取单元1311通过直线道路模型，识别出捕获的图像中的车道线，进而获取图像平面中车道无穷远处在y轴的像素位置v，并发送给第一角度获取单元1312。并且，在图像中存在障碍物部分阻挡车道线时，第一位置获取单元1311自动根据能识别出的部分车道线进行延伸处理，以确定图像平面中的车道无穷远处，减少了外界对本实施方式的干扰。需要说明的是，在其他实施方式中，第一位置获取单元1311也可以通过其他车道线识别方式来确定车道线，例如，根据车道线的颜色等方式，在此不作限定。

第一角度获得单元1312用于根据车道无穷远处在所述图像平面y轴上的像素位置v、摄像头的像素焦距f和图像中心c，获得摄像头的光轴与水平面之间的夹角θ。具体地，在接收到车道无穷远处在图像平面y轴上的像素位置v后，第一角度获得单元1312根据式（1）可获得摄像头的光轴与水平面之间的夹角θ，并将该夹角θ发送给第三角度获得单元1323。其中，f为本车摄像头的像素焦距；c_y为图像中心c在图像平面y轴的位置。

进一步地，当本车设置有电子水平仪或陀螺仪时，角度获取模块1310还可从本车的电子水平仪或陀螺仪获得本车的所述摄像头的光轴与水平面之间的夹角θ。该电子水平仪或陀螺仪对应于摄像头设置，使得电子水平仪或陀螺仪所测的角度为当摄像头的光轴与水平面之间的夹角。当第一位置获取单元1311无法识别出图像中的车道线时，角度获取模块1310从本车的电子水平仪或陀螺仪获得本车的所述摄像头的光轴与水平面之间的夹角θ，并发送给第三角度获得单元1323。

第二位置获取单元1321从本车的摄像头捕获的图像中，获取前车在图像平面y轴上的像素位置y。在摄像头捕获的图像中，前车在车道上最靠近本车的位置成像于图像平面，靠近本车一侧对应的车道成像于图像平面y轴上的像素位置y上，第二位置获取单元1321从图像中获取该像素位置y，并发送给第二角度获得单元1322。

第二角度获得单元1322用于根据像素位置y、摄像头的像素焦距f和图像中心c，获得摄像头的光轴与前车通过像素位置y的入射光线的夹角β。具体地，在接收到前车在图像平面y轴上的像素位置y后，第二角度获得单元1322根据式（2）可获得摄像头的光轴与前车通过像素位置y的入射光线的夹角β，并发送给第三角度获得单元1323。

第三角度获得单元1323用于根据夹角θ和夹角β，获得前车通过像素位置y的入射光线与水平面之间的夹角α。具体地，第三角度获得单元1323接收到水平面夹角θ和夹角β后，由式（3）α=β-θ，可获得前车通过像素位置y的入射光线与水平面之间的夹角α，并发送给第一距离获得单元1324。

第一距离获得单元1324用于根据夹角α和摄像头安装的高度H，获得前车和本车之间第一校正距离d₁。具体地，在接收到夹角α后，第一距离获得单元1324获取摄像头的安装高度值H并接收到夹角α后，根据式（4）可获得在本车正前方向上前车与本车的距离d₁，即为前车和本车之间第一校正距离d₁。

第三位置获取单元1325用于从本车的摄像头捕获的图像中，获得前车在图像平面x轴上的像素位置x。

在前车不处于本车正前方时，第一距离获得单元1324获得的前车和本车之间第一校正距离d₁为前车在本车正前方向上的投影与本车的距离。在本车捕获的图像中，前车成像在图像平面x轴的像素位置x上。本实施方式中，在获得前车和本车之间的第一校正距离d₁后，第三位置获取单元1325从捕获的图像中获取前车在图像平面x轴上的像素位置x，并发送给第二距离获得单元1326。

第二距离获得单元1326用于根据获得的前车在图像平面x轴上的像素位置x，获得前车垂直于本车正前方方向的距离d₃。具体地，在接收到前车在图像平面x轴上的像素位置x后，第二距离获得单元1326根据式（5）可获得前车垂直于本车正前方方向的距离d₃，并发送给第三距离获得单元。式（5）中，f为本车摄像头的像素焦距；c_x为图像中心c在图像平面x轴的位置，H为摄像头安装的高度，d₁为本车正前方向上前车与本车的距离，即第一距离获得单元1324所获得的前车和本车之间的第一校正距离d₁。

第三距离获得单元1327用于根据距离d₁和距离d₃，根据公式获得前车和本车之间的第二校正距离d₂，即前车与本车实际距离。

请参阅图14及图9，图14是车辆相对速度测量装置一实施方式的结构示意图。本实施方式中，车辆相对速度测量装置1400包括角度获取模块1410、距离计算模块1420及速度获得模块1430。

角度获取模块1410用于获取本车相对于前车的水平倾斜角度。角度获取模块1410在捕获到摄像头拍摄的前方路况的图像后，通过对该前方路况的图像进行分析，获得本车相对于前车的水平倾斜角度，并发送给距离计算模块1420，该水平倾斜角即本车摄像头的光轴与本车所处的水平面的夹角。

距离计算模块1420用于根据所述水平倾斜角度，分别计算得到在t₁时刻和t₂时刻前车和本车之间经校正的距离和，其中t₂大于t₁。在接收到本车相对于前车的水平倾斜角度后，距离计算模块1420根据前车在图像平面上成像位置以及摄像头的像素焦距f和图像中心c，获得分别在t₁时刻和t₂时刻前车和本车之间的实际距离和，即前车和本车之间经校正的距离和，并发送给速度获得模块1430。

速度获得模块1430用于获得本车与前车之间的相对速度V，其中速度获得模块1430在获得在t₁时刻和t₂时刻前车和本车之间经校正的距离和后，根据获得本车与前车之间的相对速度V。其中，当本车相对于前车的速度V为正值时，即获悉本车的速度大于前车速度，当本车相对于前车的速度V为负值时，获悉本车的速度小于前车速度。

请参阅图15，图15是本发明车辆相对速度测量装置另一实施方式的结构示意图。本实施方式中，车辆相对速度测量装置1500包括角度获取模块1510、距离计算模块1520、速度获得模块1530、平滑获得模块1540及时间获得模块1550。

角度获取模块1510用于获取本车相对于前车的水平倾斜角度。角度获取模块1510在捕获到摄像头拍摄的前方路况的图像后，通过对该前方路况的图像进行分析，获得本车相对于前车的水平倾斜角度，并发送给距离计算模块1520。

距离计算模块1520用于根据所述水平倾斜角度，分别计算得到在t₁时刻和t₂时刻前车和本车之间经校正的距离和其中t₂大于t₁，且t₁和t₂为相对时刻，即摄像头捕获该相邻帧中后一帧图像的时刻为t₂，捕获该相邻帧中前一帧图像的时刻为t₁。

本实施方式中，车辆相对速度测量装置1500通过短时间内连续捕获多帧前车图像，根据相邻帧图像信息，获得本车与前车之间的多个相对速度，并进行均值处理，以获得平滑后的相对速度V_f。

距离计算模块1520将经校正的距离和发送给速度获得模块1530。速度获得模块1530根据和获得本车与前车之间的相对速度V，其中速度获得模块1530获得所有相邻帧时间内本车与前车之间的相对速度，并将所有相对速度发送给平滑获得模块1540。

在接收到速度获得模块1530发送的本车与前车之间的多个相对速度后，平滑获得模块1540对获得的多个相对速度V取平均值，经将该平均值作为平滑后的相对速度V_f，并发送给时间获得模块1550。

当然，在其他实施方式中，平滑获得模块1540也可采用除均值平滑方式之外的其他的平滑方式以获得更鲁棒的相对速度值，例如，卡尔曼、隐马尔科夫模型等平滑方式。

时间获得模块1550用于获得t₂时刻本车与前车预计发生碰撞的时间T_collision，即时间获得模块1550在获得平滑后的相对速度V_f后，根据以及本车在时刻与前车的经校正距离获得本车在t₂时刻与前车预计发生碰撞的时间T_collision。本实施方式中，预计发生碰撞的时间T_collision为负值时，如果前车与本车的相对速度保持为V_f，本车与前车是不会发生碰撞的。

需要说明的是，本发明所有实施方式也能应用与本车上的摄像头光轴与水平面平行的情况，此时，即相当于本车相对于前车的水平倾斜角度θ为0。

另外，本申请全文的实施方式中测量的本车与前车经校正的距离，但不应认为本发明仅用于测量本车与前车经校正的距离，在其他实施方式中，本发明还可通过捕获后面车辆图像，测量本车与后面车辆经校正的距离，在此不作限定。

区别于现有技术的情况，本发明实施方式根据本车相对于前车的水平倾斜角度，计算得到前车和本车之间经校正的距离，通过这种方式，能够在本车与前车之间的距离进行准确的测量，且没有添加任何额外的设备，不会增加额外的成本。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (14)

1.一种车距测量方法，其特征在于，包括：

获取本车相对于前车的水平倾斜角度；

根据所述水平倾斜角度，计算得到前车和本车之间经校正的距离；

所述根据水平倾斜角度，计算得到前车和本车之间经校正的距离的步骤，包括：

从本车的摄像头捕获的图像中，获取所述前车在所述图像平面y轴上的像素位置y；

根据所述像素位置y、所述摄像头的像素焦距f和图像中心c，获得所述摄像头的光轴与所述前车通过所述像素位置y的入射光线的夹角β；

根据所述水平倾斜角度θ和所述夹角β，获得所述前车通过所述像素位置y的入射光线与水平面之间的夹角α；

根据所述夹角α和所述摄像头安装的高度H，获得前车和本车之间第一校正距离d₁，以作为所述前车和本车之间经校正的距离。

2.根据权利要求1所述的车距测量方法，其特征在于，所述获取本车相对于前车的水平倾斜角度的步骤包括：

从本车的摄像头捕获的图像中，获取车道无穷远处在所述图像平面y轴上的像素位置v；

根据车道无穷远处在所述图像平面y轴上的像素位置v、所述摄像头的像素焦距f和图像中心c，获得所述摄像头的光轴与水平面之间的夹角θ，所述夹角θ即为本车相对于前车的水平倾斜角度。

3.根据权利要求1所述的车距测量方法，其特征在于，所述获取本车相对于前车的水平倾斜角度的步骤，包括：

从本车的电子水平仪或陀螺仪获得本车的所述摄像头的光轴与水平面之间的夹角θ，所述夹角θ即为本车相对于前车的水平倾斜角度。

4.根据权利要求1所述的车距测量方法，其特征在于，所述方法还包括：

从本车的所述摄像头捕获的所述图像中，获得所述前车在所述图像平面x轴上的像素位置x；

根据所述获得的所述前车在所述图像平面x轴上的像素位置x，获得所述前车垂直于本车正前方方向的距离d₃；

根据所述距离d₁和距离d₃，获得前车和本车之间第二校正距离d₂，以作为所述前车和本车之间经校正的距离，其中。

5.一种车辆相对速度测量方法，其特征在于，包括：

获取本车相对于前车的水平倾斜角度；

根据所述水平倾斜角度，分别计算得到在t₁时刻和t₂时刻前车和本车之间经校正的距离和其中t₂大于t₁；

获得本车与前车之间的相对速度V，其中；

所述前车和本车之间经校正的距离的具体计算步骤，包括：

从本车的摄像头捕获的图像中，获取所述前车在所述图像平面y轴上的像素位置y；

根据所述像素位置y、所述摄像头的像素焦距f和图像中心c，获得所述摄像头的光轴与所述前车通过所述像素位置y的入射光线的夹角β；

根据所述水平倾斜角度θ和所述夹角β，获得所述前车通过所述像素位置y的入射光线与水平面之间的夹角α；

根据所述夹角α和所述摄像头安装的高度H，获得前车和本车之间第一校正距离d₁，以作为所述前车和本车之间经校正的距离。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述获得本车与前车之间的相对速度V的步骤还包括：采用均值平滑、卡尔曼模型或隐马尔科夫模型对所述相对速度V进行平滑，获得平滑后的相对速度V_f。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述采用均值平滑、卡尔曼模型或隐马尔科夫模型对所述相对速度V进行平滑，获得平滑后的相对速度V_f的步骤还包括：获得t₂时刻本车与前车预计发生碰撞的时 间T_collision，即。

8.一种车距测量装置，其特征在于，所述装置包括：

角度获取模块，用于获取本车相对于前车的水平倾斜角度；

距离计算模块，用于根据所述水平倾斜角度，计算得到前车和本车之间经校正的距离；

所述距离计算模块包括：

第二位置获取单元，用于从本车的摄像头捕获的图像中，获取所述前车在所述图像平面y轴上的像素位置y；

第二角度获得单元，用于根据像素位置y、所述摄像头的像素焦距f和图像中心c，获得所述摄像头的光轴与所述前车通过所述像素位置y的入射光线的夹角β；

第三角度获得单元，用于根据所述水平倾斜角度θ和所述夹角β，获得所述前车通过所述像素位置y的入射光线与水平面之间的夹角α；

第一距离获得单元，用于根据所述夹角α和所述摄像头安装的高度H，获得前车和本车之间第一校正距离d₁，以作为所述前车和本车之间经校正的距离。

9.根据权利要求8所述的车距测量装置，其特征在于，所述角度获取模块包括：

第一位置获取单元，用于从本车的摄像头捕获的图像中，获取车道无穷远处在所述图像平面y轴上的像素位置v；

第一角度获得单元，用于根据车道无穷远处在所述图像平面y轴上的像素位置v、所述摄像头的像素焦距f和图像中心c，获得所述摄像头的光轴与水平面之间的夹角θ，所述夹角θ即为本车相对于前车的水平倾斜角度。

10.根据权利要求8所述的车距测量装置，其特征在于，所述角度获取模块还用于从本车的电子水平仪或陀螺仪获得本车的所述摄像头的光轴与水平面之间的夹角θ，所述夹角θ即为本车相对于前车的水平倾斜 角度。

11.根据权利要求8所述的车距测量装置，其特征在于，所述距离计算模块还包括：

第三位置获取单元，用于从本车的所述摄像头捕获的所述图像中，获得所述前车在所述图像平面x轴上的像素位置x；

第二距离获得单元，用于根据所述获得的所述前车在所述图像平面x轴上的像素位置x，获得所述前车垂直于本车正前方方向的距离d₃；

第三距离获得单元，用于根据所述距离d₁和距离d₃，获得前车和本车之间第二校正距离d₂，以作为所述前车和本车之间经校正的距离，其中。

12.一种车辆相对速度的测量装置，其特征在于，所述装置包括：

角度获取模块，用于获取本车相对于前车的水平倾斜角度；

距离计算模块，用于根据所述水平倾斜角度，分别计算得到在t₁时刻和t₂时刻前车和本车之间经校正的距离和其中t₂大于t₁；

速度获得模块，用于获得本车与前车之间的相对速度V，其中；

所述距离计算模块包括：

第二位置获取单元，用于从本车的摄像头捕获的图像中，获取所述前车在所述图像平面y轴上的像素位置y；

第二角度获得单元，用于根据所述像素位置y、所述摄像头的像素焦距f和图像中心c，获得所述摄像头的光轴与所述前车通过所述像素位置y的入射光线的夹角β；

第三角度获得单元，用于根据所述水平倾斜角度θ和所述夹角β，获得所述前车通过所述像素位置y的入射光线与水平面之间的夹角α；

第一距离获得单元，用于根据所述夹角α和所述摄像头安装的高度H，获得前车和本车之间第一校正距离d₁，以作为所述前车和本车之间经校正的距离。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述装置还包括平 滑获得模块，所述平滑获得模块用于采用均值平滑、卡尔曼模型或隐马尔科夫模型对所述相对速度V进行平滑，获得平滑后的相对速度V_f。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述装置还包括时间获得模块，所述时间获得模块用于获得t₂时刻本车与前车预计发生碰撞的时间T_collision，即。