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1、道路标志尺寸图像测量方法的研究第28卷第5期武汉理工大学-信息与管理工程版2006年5月JOURNALOFWUT(INFORMATION&MANAGEMENTENGINEERINGV01.28No.5Mav.2oo6文章编号:1007—144X(2006)05—0005—04道路标志尺寸图像测量方法的研究张黎光,严新平,初秀民,吴超仲(武汉理工大学智能交通系统研究中心,湖北武汉430063)摘要:道路标志的尺寸和高度信息是道路养护管理的2个主要内容.针对道路标志测量工作的艰巨性和危险性,设计了基于CCD摄像机,速度传感器,陀螺仪和采集车等仪器组成的数字图像测量系
2、统;分析了测量过程中各坐标系之间的转换关系;给出了数字图像测量系统的框架图和基本原理;并结合一个道路标志尺寸测量算例,证明该系统测量结果的准确性.关键词:道路标志;图像测量;坐标转换中图法分类号:TP391文献标识码:A1引言道路标志在交通安全中起着重要作用,它是交通使用者获取方向,地点和距离等交通信息的主要依靠.道路标志的大小,高度与交通使用者获取信息量息息相关.然而,由于道路地表凹陷,标杆歪斜等原因,使得交通标志高度发生变化;或者交通标志常年受到雨水腐蚀,标牌折断等原因使其表面形状发生变化,因此对道路标志进行定期或不定期测量是非常有意义的.传统的道路标志测量一般靠手
3、工来完成,这样一方面测量效率低下,费用高;另一方面,该系统测量人员面临的危险性高,有时还会影响道路畅通.笔者设计了一种基于数字图像处理技术的道路标志测量系统.该系统利用CCD摄像机为传感器获取数字图像信息,经图像采集卡存储在计算机内,然后由计算机对图像进行识别,提取其边缘信息,进而得到道路标志的形状和高度.2图像测量中各坐标系之间的转换关系成像变换涉及到不同坐标系之间的变换,考虑到图像采集的最终结果是要得到计算机里的数字图像,在对3一D空间景物成像时涉及到的坐标系统主要有计算机图像坐标系,像平面坐标系,摄像机坐标系和世界坐标系¨J.2.1计算机图像坐标系与像平面坐标系之
4、间的转换保存在计算机中的数字图像在计算机图像坐标系(M,)中是以像素为单位,表示该像素在数组中的行数和列数,并没有用物理单位表示该像素在图像中的位置,因而需要建立一种以物理单位表示的像平面坐标系.该像平面坐标系原点0以计算机图像坐标系中某一点(M.,)为中心,轴Y轴分别与M轴轴平行,如图1所示.若每一像素在轴Y轴上物理尺寸为,dy,则图像中任一点像素在2个坐标系下的关系为M=+M.y=Y+.(1)M+M0y+oL0.(0,y0)r1图1计算机图像坐标系与像平面坐标系为运算方便,用齐次坐标与矩阵形式将上式表示为逆关系可写成:收稿日期:2005—12—15.作者简介:张黎光
5、(1980一),湖北天门人,武汉理工大学智能交通系统研究中心硕士研究生基金项目:湖北省自然科学基金资助项目(2003ABA040).1nuMon1u0OOl(2)6武汉理工大学.信息与管理工喜二](3)空间中任何一点在图像上的成像位置可以用针孔模型近似表示.假设摄像机坐标系下任一点P(X,Yo,Z)在像平面坐标系下的投影为P(,=譬y=(4)y斗喜0001lf0010l0j.Z.l2oo6年5YGZ.图2摄像机坐标系与世界坐标系(5)3道路标线数字图像测量系统2.3摄像机坐标系与世界坐标系之间的关系摄像机成像几何关系可由图2所示.其中D点称为摄像机的光心,轴和轴与像平面
6、的轴与y轴平行,z.轴为摄像机的光轴,它与图像平面垂直.光轴与图像平面的焦点,即为图像坐标系的原点,由点D与,z.轴组成的直角坐标系称为摄像机坐标系.00为摄像机焦距』.由于摄像机可安放在环境中的任何位置,笔者在环境中还选择世界坐标系来描绘摄像机的位置,并用它来描述环境中任何物体的位置.世界坐标系由,z轴组成.摄像机坐标系与世界坐标系的之间的关系可以用旋转矩阵与平移向量t来描述.如果空间中某一点P在世界坐标系与在摄像机坐标系下的齐次坐标分别是(,,Z,1).与(,,Z.,1).,于是存在如下关系:Z.1xz1(6)式中,R为3×3正交单位矩阵;t为三维平移向量;0=(0
7、,0,0).由式(2),式(3),式(6)代入式(5)可得摄像机图像坐标系与世界坐标系之间的关系:1,,u‰,,1uVo000xtzcl(7)3.1道路标线数字图像测量系统的构成数字图像测量系统是以CCD为像传感器获取数字图像,经图像采集卡存储在计算机内,陀螺仪测量CCD摄像机的外部参数,速度传感器测采集车的距离变化量,然后由计算机对图像进行识别,提取其边缘信息,进而得到道路标志的形状和高度j.其硬件构成如图3所示.图3系统构成示意图3.2CCD摄像机成像原理CCD成像原理模型图见图4,其中u为物距,厂为透镜焦距,为像距,h为物高,h为像
