專利名稱：一種基于單應性變換矩陣的分段空間對準方法
技術領域：
本發明涉及無人車多傳感器信息融合技術領域，具體涉及一種基于單應性變換矩陣的分段空間對準方法。
背景技術：
無人車又稱室外智能移動機器人，是一種集環境感知、動態決策與規劃、行為控制與執行等多功能為一體的智能化程度很高的裝置，其對環境感知的快速性、準確性與多傳感器信息融合技術密不可分。多傳感器信息融合技術就是計算機充分利用各傳感器資源，通過對各種量測信息的合理支配和使用，在空間和時間上把互補與冗余信息依據某種優化準則結合起來，產生對觀測環境的一致性解釋或描述，同時產生新的融合結果。在環境感知模塊，視覺傳感器和毫米波雷達是常用的兩種傳感器。視覺傳感器檢測范圍廣、能夠獲得外界環境中目標的尺寸和輪廓信息，但它易受外界因素影響，存在目標缺失問題。而毫米波雷達分辨率高、抗干擾能力強，可在各種天氣環境下準確獲得目標的距離、相對速度和方位角信息，但不能識別目標形狀和大小，因此，利用這種互補特性融合兩者信息，得到更加全面、可靠的環境信息。而空間對準是兩者信息融合的前提。空間對準實質是估計攝像機和雷達坐標系間的變換矩陣關系。目前，傳統空間對準方法中，在20米的標定距離范圍內，在不同的距離點上，隨機對目標上的點進行探測，分別得到目標在攝像機中的坐標系表達和雷達坐標系中的表達，根據兩個傳感器獲取的數據，估計由縮放比例因子、焦距等構成的攝像機內部參數矩陣以及旋轉矩陣、平移向量構成的攝像機外部參數矩陣，該計算過程比較繁瑣，也容易引入誤差；另外，根據上述算法對超過20米的標定距離的目標進行求解變換矩陣時，由于范圍較大，因此巨大的誤差，導致空間對準失敗。
發明內容
有鑒于此，本發明提供 了一種基于單應性變換矩陣的分段空間對準方法，能夠在較大的標定距離范圍內實現無人車裝載的攝像機和毫米波雷達的空間對準，同時還能簡化求解單應性變換矩陣的計算過程。本發明的一種基于單應性變換矩陣的分段空間對準方法，包括如下步驟步驟1:建立攝像機坐標系與毫米波雷達坐標系之間的基于單應性變換矩陣的關系定義攝像機的圖像坐標系O' uv，其中O'位于攝像機成像平面的左上角；u軸與攝像機掃描行方向平行軸垂直于攝像機掃描行方向；定義O" " P Θ為毫米波雷達極坐標系，O""為毫米波雷達表面的中心；P為目標與毫米波雷達間的直線距離；Θ為目標偏離毫米波雷達掃描平面中心線的角度，則攝像機的圖像坐標系O' Uv與毫米波雷達極坐標系O" " P Θ之間關系表示為
權利要求
1.一種基于單應性變換矩陣的分段空間對準方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟1:建立攝像機坐標系與毫米波雷達坐標系之間的基于單應性變換矩陣的關系定義攝像機的圖像坐標系O' UV，其中O'位于攝像機成像平面的左上角；u軸與攝像機掃描行方向平行；v軸垂直于攝像機掃描行方向； 定義O" " P Θ為毫米波雷達極坐標系，O""為毫米波雷達表面的中心；P為目標與毫米波雷達間的直線距離；Θ為目標偏離毫米波雷達掃描平面中心線的角度，則攝像機的圖像坐標系O' Uv與毫米波雷達極坐標系O" " P Θ之間關系表示為
2.如權利要求1所述的一種基于單應性變換矩陣的分段空間對準方法，其特征在于，當步驟2的標定距離為50米時，0-20米為近距范圍，均分成4段；20-50米為遠距范圍，均分成3段。
3.如權利要求1所述的一種基于單應性變換矩陣的分段空間對準方法，其特征在于，所述步驟4中計算標定目標圖像中的每一小段圖像的質心坐標的方法如下 S40、手動選取含有標定目標的候選區域； S41、對候選區域圖像進行中值濾波，消除圖像中的噪聲； S42、對候選區域圖像進行Sobel算子邊緣檢測，得到二值化的標定目標邊緣圖像； S43、在以像素為單位的圖像坐標系中，沿u軸尋找標定目標邊緣圖像中的坐標最小值和最大值的u軸像素點坐標Umin, Umax,沿V軸尋找標定目標邊緣圖像中的坐標最小值和最大值的V軸像素點坐標Vmin, Vmax，將上述4點按順時針或者逆時針方向用直線連接,形成一個 四邊形區域，在該四邊形區域內，利用公式
全文摘要
本發明公開了一種基于單應性變換矩陣的分段空間對準方法，通過對較大的標定距離進行分段，針對每一分段分別求得攝像機和毫米波雷達坐標系之間的單應性變換矩陣，避免了現有技術中由于用同一個單應性變換矩陣表達兩個傳感器之間的坐標關系引起的誤差，從而能夠實現對較大標定距離目標探測的空間對準；通過推導表征攝像機和毫米波雷達的不同坐標系之間的關系，最后采用單應變換矩陣N表征兩者的坐標系關系，用兩個傳感器分別獲得的目標數據再解得單應變換矩陣N，避免了求解縮放比例因子、焦距等構成的攝像機內部參數矩陣以及旋轉矩陣、平移向量構成的攝像機外部參數矩陣，大大簡化了運算過程，節省運算時間。
文檔編號G06T7/00GK103065323SQ20131001304
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月14日 優先權日2013年1月14日
發明者付夢印, 靳璐, 楊毅, 宗民 申請人:北京理工大學