[发明专利]一种单目摄像头在线标定方法

权利要求书

1.一种单目摄像头在线标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、采集实时图像；

步骤二、对采集到的图像进行车道线识别，将车道线识别的结果作为输入用于进行摄像头在线标定；

步骤三、根据车道线的识别结果采用随机梯度下降算法计算并更新灭点位置；

步骤四、判断步骤三中计算得到的灭点是否收敛；

步骤五、若灭点收敛，则结束灭点的计算，根据坐标变换关系以及灭点的位置，计算摄像头的俯仰角，采用摄像头的俯仰角作为标定的摄像头外参；否则，重复步骤一至步骤四；

在步骤二中，将采集到的图像进行车道线识别具体包括以下步骤：将步骤一所采集的图像转换成灰度图，对灰度图进行局部阈值化，将一个区域内灰度值较高的像素点挑选出来然后利用灰度的分布梯度值提取特征点，再将特征点聚类，使得属于一条车道线的特征点的聚齐，然后利用特征点拟合出车道线，并挑选出平行车道线作为最终的车道线；

在步骤三中，据步骤二中的车道线的识别结果采用随机梯度下降算法计算并更新灭点位置，具体如下：

灭点为车道线延长线与地平线的交点，灭点在车道线上，满足车道线方程：

J(x_v,y_v)＝x_v-Ky_v-B

其中，K为车道线直线方程的斜率，B为车道线直线方程的截距，(x_v,y_v)为灭点在图像坐标系下的横坐标，纵坐标；

对于每帧图像的检测结果，利用梯度下降法可以更新灭点数据，直到灭点收敛，具体公式如下：

其中，为上一帧图像迭代后的灭点位置，为当前帧迭代的灭点位置，α_x，α_y为逼近因子。

2.根据权利要求1所述的一种单目摄像头在线标定方法，其特征在于：在步骤四中，判断灭点是否收敛的条件如下：判断灭点的横向距离，纵向距离以及欧式距离是否在一定时间内的变化小于阈值，具体采用如下公式：

其中，T_x为判断图像横向方向收敛的阈值，T_y为判断图像纵向方向收敛的阈值，T_xy为判断图像欧式距离的收敛阈值。

3.根据权利要求2所述的一种单目摄像头在线标定方法，其特征在于：在步骤五中，首先建立地面坐标系和摄像头坐标系，地面坐标系表示为(X,Y,Z)，摄像头坐标系表示为(X_c，Y_c，Z_c)，摄像头坐标系固定于摄像头光轴中心，地面坐标系固结于摄像头在地面的垂直投影处，忽略摄像头沿Y轴和Z轴的旋转，H为摄像头的安装高度，θ为摄像头光轴与Z轴的夹角，即为俯仰角，设定地面为平面，得到摄像头坐标系与地面坐标系之间的转换关系为：

摄像头为定焦摄像头，服从小孔成像原理，从而摄像头坐标系到摄像头成像面坐标系的变换关系描述如下：

其中，f为摄像头焦距，x，y分别为摄像头成像面中的横坐标、纵坐标；图像坐标系的坐标用(u,v)表示，摄像头成像面坐标系和图像坐标系的关系满足下式：

其中，w，h为摄像头成像面宽高尺寸，W_I，H_I为图像的宽高尺寸；

从而得到车辆坐标系到图像坐标系的坐标的变换关系，表示为如下公式：

记上式简化为：

同时，也能够转化为：

其中，C₁和C₂与摄像头结构的参数相关，通过摄像机标定计算得到，摄像机安装高度H和俯仰角θ由摄像头安装位置决定，通过标定和测量获取；

当Y趋于无穷远，也即为平直路面上的地平线时，其对应的在图像坐标系的纵坐标表示为：

同一个摄像头采集的图像中，图像上的地平线位置仅与俯仰角相关，通过标记处地平线在图像上的位置，即可计算出俯仰角θ，俯仰角θ的计算公式为：

θ＝atan(C₁/v_h)

采用摄像头的俯仰角作为标定的摄像头外参。