CN104613901A

CN104613901A - 一种单目摄像头平面角度的测量方法和***

Info

Publication number: CN104613901A
Application number: CN201510012334.5A
Authority: CN
Inventors: 张长隆; 李勇
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-01-12
Filing date: 2015-01-12
Publication date: 2015-05-13

Abstract

本发明公开了一种单目摄像头平面角度的测量方法和***，该***包含带有CCD摄像头的便携式设备（可以为触屏手机或者平板电脑）和内嵌的软件，使用者通过摄像头获取一张带有事故现场轮胎痕迹和其他待测目标的图像，并且通过触屏选取该角度上的三个点，便可利用三点的几何关系实现平面角度的快速计算，根据本发明，可以解决交警在处理交通事故中繁琐的手动测量和复杂的计算问题，并且保证了测量的精度。

Description

一种单目摄像头平面角度的测量方法和***

技术领域

本发明涉及一种角度测量方法，尤其涉及一种单目摄像头平面角度的测量方法和***。

背景技术

近年来交通事故总量和所造成的人员伤亡与财产损失呈上升趋势。重现交通事故的发生过程，对事故成因分析和快速、公正的裁定事故责任具有重要意义。事故发生后，在事故现场留下一些事故信息，事故再现就是通过分析这些信息判断事故时如何发生的。

随着机动车辆和非机动车辆不断增加，在给人们带来便利的同时，也给道路交通安全带来巨大的隐患。在一场交通事故中，交警要对事故现场进行快速勘测，以防止重大交通堵塞和次生事故。针对国内的交通警察进行交通事故现场勘测时主要是以人工借以皮尺测量，辅助以人眼观察和估计，这种方法容易造成漏测、误测、测量过程繁琐、计算复杂以及前人摄影测量技术也只能解决测量两点之间距离的问题。本发明是面向交通管理人员而设计的一款能够在交通事故现场采集场景图像，并对现场待测量数据在图像上进行快速测量角度的一种方法和***，通过在采集图像上标注需要测量的角度，快速的输出待测物体的实际角度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提出一种用单目摄像头测量平面角度的便携式交通事故现场快速测量的方法和***，其设计合理、智能化程度高、功能完备且使用效果好，本发明的基本原理是通过便携式设备的CCD相机获取一张图像，利用便携式***内嵌的软件，在图像中的角度上选取三个点，***自动计算出平面角度，从而能达到快速精确且操作简单的测量平面角度。从而为交警对事故现场进行测量提供可靠的依据。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种单目摄像头平面角度测量方法，包括以下步骤：

第一步：CCD摄像机的标定

利用平面棋盘标定物对相机进行标定。用便携式设备上的相机从不同角度拍摄带有标定板的图像，***自动提取图像中标定板上的角点，同时利用***中已经设定好的标定板尺寸，计算出相机的内参矩阵。内参矩阵是相机镜头的特征参数，一旦相机标定完成，如果不再变焦，则相机的内参矩阵不再变化；

第二步：外参求解

将标定板放置在交通事故现场的轮胎刹车痕迹附近，用便携式设备上的相机获取一张事故现场图。通过实际标定板中角点位置和***自动搜索到图像中角点的位置关系，可以计算出图像与空间的关系矩阵，也就是外参；

第三步：空间点重建

选取图像中的任意点，***可以自动根据内参和外参重建出点在实际空间中的坐标；

第四步：计算平面角度

测量平面角度模型如图1所示，∠AOB为所需要测量的角度。首先在图片上选出夹角上的三点A、O、B，然后进行空间重建。重建完成后，分别求出AO、BO、AB三段距离。根据求得三点所在空间的位置和距离，利用几何知识中的余弦定理可以计算出：

∠AOB= ，计算出来的∠AOB为弧度，再利用弧度角度的转换关系，∠AOB*180.0/3.141592653，可以计算出角度。另外，通过选取三点，可以计算出以此三点为顶点的三角形的任意参数，本***只输出其中一个参数即∠AOB。

本***的内外参数求解和目标角度的求解都是通过内嵌在便携式设备上软件并加以人工选取角度上的点来实现，操作简单，测量精确。

一种单目摄像头平面角度的测量方法和***，包括用来对相机进行标定的平面棋盘标定物，用来采集实验过程中车辆轮胎痕迹及不同角度拍摄带有标定板图像的便携式设备，还包括角点识别模块、相机标定模块、空间点重建模块以及平面角度测量模块。

所述的角点识别模块，用于自动提取便携式设备上的摄像头从不同角度拍摄的带有标定板图像的角点。

所述的相机标定模块，用于便携式摄像头采集到的图像，通过角点识别模块，得到图像中标定物角点在图像坐标中的位置，然后通过内外参数求解模块计算出相机的内外参数。

所述的空间点重建模块，用于根据求解到的内外参数求出图像中的点对应的空间点的位置。

所述的距离测量模块及路面痕迹测量模块，在显示的待测角度上选取三个点，其中第二个点是角的顶点，其他两点分别是角两条边上的点。根据三个点计算出三条边的距离，然后根据余玄定理算出角度。

本发明所达到的有益效果是：本发明在现有利用摄像头测距离技术基础之上，设计了一种简单、便携式的测量平面角度的***。这种***在使用之中更加便捷，且操作简单，能为交警处理交通事故提供更大的方便。

综上所述，本发明结构简单、设计合理、功能完备、智能化程度高且使用效果好，使用操作简便，通过在采集图像上标注需要测量的角度，快速的输出待测物体的实际角度，可广泛应用于交通事故现场测量与相关研究中。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明平面角度测量模型；

图2是本发明交通事故模拟现场图；

图3是本发明拍摄模拟现场图；

图4是本发明实际测量图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，下面将结合实施利和附图对本发明作进一步详述，对本发明进行详细说明如后。

便携式设备配有普通的CCD摄像头即可，拍照时的角度也可以由使用者自行决定，将标定物摆放在目标周围，则测量的误差较小。

本发明采用棋盘标定物，是一种黑白相间的正方形块，其边长事先设定好，能够便于设备和算法较快且精确的搜索到角点。

角点检测时首先是对图像进行灰度化处理，其次进行膨胀和腐蚀处理，然后利用canny算子检测边缘轮廓，利用曲线拟合找到直线交点，也就是角点的位置。

参见图1所示为平面角度测量模型，根据平面几何中的余弦定理，如果能够测量模型中三角形的三条边OA、OB、AB，则根据。

参见图2所示，在测量现场摆放标定物，标定物的摆放位置最好离目标比较近，且目标应尽量处在图像的中间位置。

参见图3所示，为便携式设备在测量现场拍摄的一张图像，其中包含有棋盘标定物。利用拍得的图像，同时利用角点检测和相关的算法，可以求解出外参。

参见图4所示，为拍摄后的进行计算的图像。在图3 的基础上，首先利用感应笔点取现场洒落物的边缘点记录为A点，然后点取事故车头与地面接触点O，最后选取与事故车辆边线上的点B，对以上三点进行空间点重建，然后重建出三角形三边的边长，利用模型中的余弦定理，可以求出其角度。值得说明的是，按照本***的设计，点取的第二个点为角的顶点，也可以按照别的此计算思路设定点取顺序。

综合上述获得的距离即可计算出平面角度相关参数。

尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种单目摄像头平面角度的测量方法，包含下述步骤：

第一步：CCD摄像机的标定

利用平面棋盘标定物对相机进行标定；

用便携式设备上的相机从不同角度拍摄带有标定板的图像，***自动提取图像中标定板上的角点，同时利用***中已经设定好的标定板尺寸，计算出相机的内参矩阵；

内参矩阵是相机镜头的特征参数，一旦相机标定完成，如果不再变焦，则相机的内参矩阵不再变化；

第二步：外参求解

将标定板放置在交通事故现场的轮胎刹车痕迹附近，用便携式设备上的相机获取一张事故现场图；

通过实际标定板中角点位置和***自动搜索到图像中角点的位置关系，可以计算出图像与空间的关系矩阵，也就是外参；

第三步：空间点重建

第四步：轮胎路面痕迹测量

测量平面角度模型如下所示，∠AOB为所需要测量的角度，首先在图片上选出夹角上的三点A、O、B，然后进行空间重建；重建完成后，分别求出AO、BO、AB三段距离；

根据求得三点所在空间的位置和距离，利用几何知识中的余弦定理可以计算出：

∠AOB= ，计算出来的∠AOB为弧度，再利用弧度角度的转换关系，∠AOB*180.0/3.141592653，可以计算出角度；

另外，通过选取三点，可以计算出以此三点为顶点的三角形的任意参数，本***只输出其中一个参数即∠AOB。

2.根据权利要求1所述的一种单目摄像头轮胎痕迹测量方法，其特征在于，步骤一所述的CCD摄像头为便携式设备上的相机，通过不同角度拍摄带有标定板的图像。

3.一种单目摄像头平面角度的测量***，其特征在于，包括用来对相机进行标定的平面棋盘标定物，用来采集实验过程中车辆轮胎痕迹及不同角度拍摄带有标定板图像的便携式设备，还包括角点识别模块、相机标定模块、空间点重建模块、距离测量模块以及平面角度测量模块。

4.根据权利要求3所述的一种单目摄像头平面角度的测量***，其特征在于，所述的角点识别模块，用于自动提取便携式设备上的摄像头从不同角度拍摄的带有标定板图像的角点。

5.根据权利要求3所述的一种单目摄像头平面角度的测量***，其特征在于，所述的相机标定模块，用于便携式摄像头采集到的图像，通过角点识别模块，得到图像中标定物角点在图像坐标中的位置，然后通过内外参数求解模块计算出相机的内外参数。

6.根据权利要求3所述的一种单目摄像头平面角度的测量***，其特征在于，所述的空间点重建模块，用于根据求解到的内外参数求出图像中的点对应的空间点的位置。

7.根据权利要求3所述的一种单目摄像头平面角度的测量***，其特征在于，所述的距离测量模块及平面角度测量模块，在显示的待测角度上选取三个点，其中第二个点是角的顶点，其他两点分别是角两条边上的点，根据三个点计算出三条边的距离，然后根据余玄定理算出角度。