專(zhuān)利名稱(chēng)：道路模型化方法及基于該方法的車(chē)道標(biāo)志識(shí)別方法
本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?9120590.1，申請(qǐng)日為1999年10月9日，名稱(chēng)為“道路模型化方法及基于該方法的車(chē)道標(biāo)志識(shí)別方法”的專(zhuān)利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
本發(fā)明涉及一種用在車(chē)輛防碰撞系統(tǒng)以及車(chē)輛防出道系統(tǒng)中的車(chē)道模型化方法，以及基于該車(chē)道模型化方法的車(chē)道標(biāo)志識(shí)別方法，尤其是涉及一種將車(chē)道標(biāo)志模型化在一系列矩形上的鉸接式模型化方法，以及基于該模型化方法的車(chē)道標(biāo)志識(shí)別方法。
已經(jīng)進(jìn)行過(guò)利用圖形識(shí)別技術(shù)進(jìn)行車(chē)道識(shí)別的研究。但是，這樣的圖形識(shí)別需要進(jìn)行大量的計(jì)算，因此，其缺點(diǎn)是需要有可用的高性能微處理器或者嵌入式硬件。
本發(fā)明的目的是提供一種將一系列矩形連接起來(lái)的車(chē)道標(biāo)志模型化方法，以及一種基于該模型化方法的采用簡(jiǎn)單的算法的車(chē)道標(biāo)志識(shí)別方法。
為達(dá)到上述目的，本文所說(shuō)明和大致限定的本發(fā)明提供了一種道路模型化方法，該方法將道路模型化為一系列矩形塊相互連接起來(lái)的結(jié)構(gòu)，這種模型化結(jié)構(gòu)用下述矩陣方程(1)表示Pi＝[wiliαiβiγi]T(1)其中，假定車(chē)輛位于某一矩形塊Pi的底邊的中央，該矩形塊Pi寬為wi，長(zhǎng)為li，Zi軸是車(chē)輛的行駛方向，Xi軸垂直于車(chē)輛行駛方向，Yi軸垂直于矩形塊Pi，βi和αi是矩形塊Pi的Xi和Zi軸分別相對(duì)于緊接在該矩形塊之前的矩形塊P(i-1)的X(i-1)和Z(i-1)軸的偏差角，γi是垂直于道路的Yi軸與垂直于車(chē)輛的方向間的偏差角。
最好，假定包含矩形塊Pi的長(zhǎng)度li信息的矩陣為G，將Xi軸旋轉(zhuǎn)αi角的變換矩陣為RXi，αi，將Zi軸旋轉(zhuǎn)γi角的變換矩陣為RZi，γi，將Yi軸旋轉(zhuǎn)βi角的變換矩陣為RYi，βi則前一矩形塊P(i-1)與當(dāng)前的矩形塊Pi間的變換關(guān)系可以表達(dá)為下列矩陣方程(2)Ti-1,i=GRXi,αiRZi,γiRYi,βi---(2)]]>按照本發(fā)明的另一方面，如本所說(shuō)明的，一種車(chē)道標(biāo)志識(shí)別方法是這樣的通過(guò)利用安裝在車(chē)上的攝像機(jī)和傳感器獲取有關(guān)道路的圖形信息和車(chē)速及轉(zhuǎn)向角信息，從而識(shí)別道路上的車(chē)道標(biāo)志，該方法包括將車(chē)輛在其上行駛的實(shí)際道路模型化為一系列矩形塊相互連接起來(lái)的結(jié)構(gòu)；將模型化矩形塊疊加到由攝像機(jī)攝取的實(shí)際道路的圖形信息上，從中抽取構(gòu)成車(chē)道標(biāo)志的像素，從所述構(gòu)成車(chē)道標(biāo)志的像素獲取線性車(chē)道標(biāo)志信息；將所述線性車(chē)道標(biāo)志信息疊加到模型化矩形塊上，以利用所述矩形塊作為框架重新計(jì)算車(chē)道標(biāo)志信息；將所述車(chē)道標(biāo)志的預(yù)定特征限制施加于已經(jīng)在其上疊加了線性車(chē)道標(biāo)志信息的所述矩形塊上，以優(yōu)化所述車(chē)道標(biāo)志信息；然后利用優(yōu)化的車(chē)道標(biāo)志信息、由所述傳感器測(cè)得的車(chē)速和轉(zhuǎn)向角信息以及有關(guān)模型化矩形塊的信息，來(lái)重新模型化車(chē)輛在其上行駛的道路，并計(jì)算重新模型化的矩形塊的位置和方向。
最好，將實(shí)際的道路模型化為一系列矩形塊相互連接起來(lái)的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)表達(dá)為下列矩陣方程(1)Pi＝[wiliαiβiγi]T(1)其中，假定車(chē)輛位于某一矩形塊Pi的底邊的中央，該矩形塊Pi寬為wi，長(zhǎng)為li，Zi軸是車(chē)輛的行駛方向，Xi軸垂直于車(chē)輛行駛方向，Yi軸垂直于矩形塊Pi，βi和αi是矩形塊Pi的Xi和Zi軸分別相對(duì)于緊接在該矩形塊之前的矩形塊P(i-1)的X(i-1)和Z(i-1)軸的偏差角，γi是垂直于道路的Yi軸與垂直于車(chē)輛的方向間的偏差角。
最好，所述車(chē)道標(biāo)志的預(yù)定限制是這樣的基于疊加到矩形塊上的線性車(chē)道標(biāo)志信息的車(chē)道標(biāo)志平行于所述矩形塊的邊框，并且，基于所述線性車(chē)道標(biāo)志信息的車(chē)道標(biāo)志的寬度等于道路的寬度。
通過(guò)參照附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點(diǎn)將更加顯明。附圖中

圖1A是一三維道路的透視圖，示出了本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施例中的道路模型化方法；圖1B是示于圖1A中的三維道路的側(cè)視圖；圖2是本發(fā)明的車(chē)道標(biāo)志識(shí)別方法的流程圖；圖3示出了用于模型化道路的矩形塊，其被映射在一個(gè)圖形坐標(biāo)系中；圖4示出了被劃分為一系列片斷的一矩形塊的詳圖；圖5是構(gòu)成示于圖4的矩形塊的某一片斷的像素的亮度分布圖；圖6是用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的車(chē)道標(biāo)志識(shí)別方法的方框圖。
參照?qǐng)D1A和圖1B。假定車(chē)輛100位于某一矩形塊Pi(其中i＝0，1，2…)的底邊的中央，該矩形塊Pi寬為wi，長(zhǎng)為li，Zi軸是車(chē)輛100的行駛方向，Xi軸垂直于車(chē)輛100的行駛方向，Yi軸垂直于矩形塊Pi，βi和αi是矩形塊Pi的Xi和Zi軸分別相對(duì)于緊接在該矩形塊之前的矩形塊P(i-1)的X(i-1)和Z(i-1)軸的偏差角，γi是垂直于道路的Yi軸與垂直于車(chē)輛的方向間的偏差角，則由所述矩形塊系列構(gòu)成的道路可以模型化為下列矩陣方程(1)Pi＝[wiliαiβiγi]T(1)也就是說(shuō)，所述道路被表示為相互連接起來(lái)的有限數(shù)目的矩形塊Pi。
假定包含矩形塊Pi的長(zhǎng)度li信息的矩陣為G，將Xi軸旋轉(zhuǎn)αi角的變換矩陣為RXi，αi，將Zi軸旋轉(zhuǎn)γi角的變換矩陣為RZi，γi，將Yi軸旋轉(zhuǎn)βi角的變換矩陣為RYi，βi，則前一矩形塊P(i-1)與當(dāng)前的矩形塊Pi間的變換關(guān)系可以表達(dá)為矩陣方程(2)。并且，包含矩形塊Pi的長(zhǎng)度li信息的矩陣G表達(dá)為矩陣方程(3)。
Ti-1,i=GRXi,αiRZi,γiRYi,βi---(2)]]>G=10000100001li-i0001---(3)]]>每一矩形塊如此設(shè)計(jì)，使車(chē)道標(biāo)志在其沿著車(chē)輛行駛方向的兩側(cè)邊上。所述車(chē)道標(biāo)志近于直線，平行于車(chē)輛的行駛方向Zi。這樣的道路模型可以表達(dá)為一種由一系列板塊相互連接起來(lái)的幾何結(jié)構(gòu)。
圖2是示出本發(fā)明的車(chē)道標(biāo)志識(shí)別方法的流程圖。在識(shí)別車(chē)道標(biāo)志之前，車(chē)輛要利用裝在車(chē)上的攝像機(jī)和傳感器獲取各種數(shù)據(jù)，比如道路的圖形信息，以及車(chē)輛的速度和轉(zhuǎn)向角。車(chē)輛在其上行駛的道路被模型化為一系列矩形塊相互連接起來(lái)的結(jié)構(gòu)(步驟200)。在此，道路的模型化是按照參照?qǐng)D1A和圖1B所說(shuō)明的方法實(shí)現(xiàn)的。將包含所述矩形塊的模型化結(jié)構(gòu)疊加到由攝像機(jī)攝取的的道路圖形上，從中抽取構(gòu)成被疊加的矩形塊上的車(chē)道標(biāo)志的像素。然后，從所述抽取的車(chē)道標(biāo)志像素的信息獲得線性車(chē)道標(biāo)志圖像(步驟210)。這里，為了從所述道路的圖形信息獲取所述線性車(chē)道標(biāo)志信息，在所述步驟200得到的所述包含矩形塊的模型化結(jié)構(gòu)被映射到被所述攝像機(jī)拍攝的實(shí)際道路的圖形坐標(biāo)系上。圖3即示出了映射到所述圖形坐標(biāo)系中的若干矩形塊的例子。所述映射到圖形坐標(biāo)系上的矩形塊系列相互連接在一起，并劃定了若干平行于每一矩形塊的X軸的直線。每一矩形塊被所述平行直線劃分為等間隔的10到20段。圖4即示出了具有若干段的一個(gè)矩形塊。在各自被劃分為一系列段的矩形塊被映射到所述圖形坐標(biāo)系上之后，可以得到所述矩形塊每一段所含像素的亮度的分布圖。在圖5中，“A”代表構(gòu)成一矩形塊之一段的像素的分布，從中可以得到亮度水平大于一預(yù)定水平的如“B”所示的像素的坐標(biāo)。從所述矩形塊的每一段獲取像素，比如“B”所指示的像素的坐標(biāo)，亮度水平大于預(yù)定水平的像素的坐標(biāo)被作為車(chē)道標(biāo)志。利用亮度大于所述預(yù)定水平的像素的坐標(biāo)，借助于一種預(yù)定的方法，得到所述線性車(chē)道標(biāo)志(或者線性車(chē)道標(biāo)志信息)的線性方程。例如，可以從具有某一預(yù)定亮度水平的像素坐標(biāo)，用最小二乘法來(lái)計(jì)算出所述車(chē)道標(biāo)志的逼近實(shí)際車(chē)道標(biāo)志的一個(gè)線性方程。將在步驟210所得到的線性車(chē)道標(biāo)志信息疊加到在步驟200所得到的模型化矩形塊上，來(lái)重新計(jì)算出道路被擬合進(jìn)作為框架的矩形塊中后的方程(步驟220)。將所述車(chē)道標(biāo)志的預(yù)定特征限制施加于已經(jīng)于步驟200在其上疊加了線性道路信息的所述矩形塊上，以優(yōu)化所述線性車(chē)道標(biāo)志信息(步驟230)。所述車(chē)道標(biāo)志的預(yù)定限制是這樣的優(yōu)化的線性車(chē)道標(biāo)志應(yīng)當(dāng)平行于在其上疊加了所述線性車(chē)道標(biāo)志信息的所述矩形塊的邊框，且左右車(chē)道標(biāo)志間的距離應(yīng)當(dāng)?shù)扔诘缆返膶挾取Ｈ绻鲜鱿拗茥l件不滿足，就要修正板塊的位置。然后，利用在步驟230優(yōu)化的車(chē)道標(biāo)志信息、由所述安裝在車(chē)輛的預(yù)定驅(qū)動(dòng)部分(圖中未示出)的傳感器(圖中未示出)輸入的車(chē)速和轉(zhuǎn)向角信息以及有關(guān)模型化矩形塊的信息，來(lái)在矩形塊上重新模型化車(chē)輛在其上行駛的道路的信息，然后計(jì)算重新模型化的矩形塊的位置和方向(步驟240)。同樣，可以利用第k個(gè)重新模型化的矩形塊的位置和方向信息來(lái)得到第(k+1)個(gè)板塊的位置和方向信息。
圖6是用來(lái)說(shuō)明車(chē)道標(biāo)志識(shí)別方法的方框圖。為了對(duì)車(chē)道標(biāo)志進(jìn)行定量識(shí)別，利用一攝像機(jī)攝取道路的圖像(步驟600)，然后從所獲取的圖形信息識(shí)別出車(chē)道標(biāo)志(步驟610)。接著，讀出被判定為車(chē)道標(biāo)志的像素的坐標(biāo)，從這些像素坐標(biāo)，利用預(yù)定的方法例如最小二乘法計(jì)算出道路(Xk)的一個(gè)線性方程(步驟620)。假定車(chē)輛行駛在可以在第k個(gè)板塊上模型化的道路上，則可以利用車(chē)速和轉(zhuǎn)向角信息以及第(k-1)個(gè)板塊的位置和方向信息來(lái)實(shí)現(xiàn)第k個(gè)板塊上的模型化(步驟630)。然后，將道路(Xk)的所述線性方程疊加到第k個(gè)板塊上，來(lái)重新計(jì)算板塊Yk的線性道路方程(也就是將該板塊作為框架)(步驟640)。通過(guò)把所述車(chē)道標(biāo)志的預(yù)定限制、車(chē)速和轉(zhuǎn)向角以及第(k-1)個(gè)板塊的位置和方向考慮進(jìn)去，即可實(shí)現(xiàn)道路的優(yōu)化，計(jì)算出第k個(gè)板塊的位置和方向信息。
如前所述，在本發(fā)明的所述道路模型化方法和基于該模型化方法的道路識(shí)別方法中，利用一種由一系列矩形塊連接起來(lái)的模型化道路結(jié)構(gòu)，可以輕易地實(shí)現(xiàn)道路的識(shí)別。并且，道路模型反復(fù)地映射到實(shí)際道路的圖像上，因而使道路識(shí)別的可靠性得到了提高。
權(quán)利要求
1.一種用于機(jī)動(dòng)車(chē)的車(chē)道標(biāo)志識(shí)別方法，該方法通過(guò)利用安裝在車(chē)上的攝像機(jī)和傳感器獲取有關(guān)道路的圖形信息和車(chē)速及轉(zhuǎn)向角信息，從而識(shí)別道路上的車(chē)道標(biāo)志，該方法包括將車(chē)輛在其上行駛的實(shí)際道路模型化為一系列矩形塊相互連接起來(lái)的結(jié)構(gòu)；將模型化矩形塊疊加到由攝像機(jī)攝取的實(shí)際道路的圖形信息上，從中抽取構(gòu)成車(chē)道標(biāo)志的像素，從所述構(gòu)成車(chē)道標(biāo)志的像素獲取線性車(chē)道標(biāo)志信息；將所述線性車(chē)道標(biāo)志信息疊加到模型化矩形塊上，以利用所述矩形塊作為框架重新計(jì)算車(chē)道標(biāo)志信息；將所述車(chē)道標(biāo)志的預(yù)定特征限制施加于已經(jīng)在其上疊加了線性車(chē)道標(biāo)志信息的所述矩形塊上，以優(yōu)化所述車(chē)道標(biāo)志信息；然后利用優(yōu)化的車(chē)道標(biāo)志信息、由所述傳感器測(cè)得的車(chē)速和轉(zhuǎn)向角信息以及有關(guān)模型化矩形塊的信息，來(lái)重新模型化車(chē)輛在其上行駛的道路，并計(jì)算重新模型化的矩形塊的位置和方向。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，將實(shí)際的道路模型化為一系列矩形塊相互連接起來(lái)的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)表達(dá)為下列矩陣方程Pi＝[wiliαiβiγi]T其中，假定車(chē)輛位于某一矩形塊Pi的底邊的中央，該矩形塊Pi寬為wi，長(zhǎng)為li，Zi軸是車(chē)輛的行駛方向，Xi軸垂直于車(chē)輛行駛方向，Yi軸垂直于矩形塊Pi，βi和αi是矩形塊Pi的Xi和Zi軸分別相對(duì)于緊接在該矩形塊之前的矩形塊P(i-1)的X(i-1)和Z(i-1)軸的偏差角，γi是垂直于道路的Yi軸與垂直于車(chē)輛的方向間的偏差角。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述車(chē)道標(biāo)志的預(yù)定限制是這樣的基于疊加到矩形塊上的線性車(chē)道標(biāo)志信息的車(chē)道標(biāo)志平行于所述矩形塊的邊框，并且，基于所述線性車(chē)道標(biāo)志信息的車(chē)道標(biāo)志的寬度等于道路的寬度。
全文摘要
一種道路模型化方法。該模型化方法將道路模型化為一系列矩形塊相互連接起來(lái)的結(jié)構(gòu)，這種模型化結(jié)構(gòu)用下述矩陣方程表示P
文檔編號(hào)G06K9/46GK1530889SQ20041003211
公開(kāi)日2004年9月22日 申請(qǐng)日期1999年10月9日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月13日
發(fā)明者李錫漢, 李宰源, 申?yáng)|穆, 權(quán)雄, 金東潤(rùn), 盧慶植 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社