專利名稱：基于雙目視覺的便攜式無標(biāo)尺交通事故現(xiàn)場(chǎng)快速勘查系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是基于雙目視覺原理的交通事故現(xiàn)場(chǎng)攝影測(cè)量領(lǐng)域，尤其是涉及一種利用無標(biāo)尺攝影測(cè)量設(shè)備對(duì)交通事故現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拍攝并利用相應(yīng)的軟件工具對(duì)照片進(jìn)行算法處理從而計(jì)算出交通事故現(xiàn)場(chǎng)各元素坐標(biāo)并繪制交通事故現(xiàn)場(chǎng)圖的勘查取證系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查對(duì)交通事故鑒定和再現(xiàn)分析至關(guān)重要。目前國(guó)內(nèi)外大部分交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查以經(jīng)驗(yàn)判斷、皮尺測(cè)量、人工繪圖等傳統(tǒng)方法為主，容易發(fā)生信息遺漏和判斷錯(cuò)誤等問題，一旦勘查結(jié)束，現(xiàn)場(chǎng)即被撤除，如果發(fā)生以上問題，無法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信息進(jìn)行二次提取。另一方面，隨著高速公路的發(fā)展和交通流量的增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的勘查方法還存在著工作效率較低容易形成擁堵的問題。因此，傳統(tǒng)的交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查方法已經(jīng)無法有效滿足當(dāng)今交通事故現(xiàn)場(chǎng)快速勘查處理的實(shí)際需要。攝影測(cè)量是基于雙目視覺原理，將影像的灰度信號(hào)通過耦合裝置(CXD)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，應(yīng)用圖像處理、模式識(shí)別、人工智能以及計(jì)算機(jī)視覺等方法獲取拍攝對(duì)象相關(guān)信息的一門技術(shù)。對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)發(fā)明專利(公開號(hào)CN101319895A)公布了一種手持式交通事故現(xiàn)場(chǎng)快速測(cè)繪儀，包括標(biāo)定裝置、手持終端、自動(dòng)標(biāo)定模塊、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和圖像生成模塊、尺寸標(biāo)注模塊等，通過手持終端拍攝放有標(biāo)定物的交通事故現(xiàn)場(chǎng)，并對(duì)拍攝的照片進(jìn)行攝影測(cè)量定位和尺寸的標(biāo)定、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換及圖像處理等工作。這種工作模式需要對(duì)交通事故現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行預(yù)處理(擺放標(biāo)定物)，增加了現(xiàn)場(chǎng)勘查取證的時(shí)間，并且不適合場(chǎng)景尺寸較大的交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查要求。中國(guó)發(fā)明專利(公開號(hào)CN101033966A)公布了一種基于非量測(cè)數(shù)碼相機(jī)和標(biāo)定物的交通事故現(xiàn)場(chǎng)攝影測(cè)量勘查方法，包括可拆卸標(biāo)定物、非量測(cè)數(shù)碼相機(jī)及圖像處理軟件等，通過數(shù)碼相機(jī)與標(biāo)定物對(duì)交通事故現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行攝影測(cè)量方位和尺寸的標(biāo)定，圍繞拍攝目標(biāo)按順時(shí)針方位拍攝一組照片，并通過圖像處理軟件計(jì)算測(cè)量點(diǎn)的空間坐標(biāo)。這種勘查方式同樣需要對(duì)交通事故現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行預(yù)處理(擺放標(biāo)定物)，并且對(duì)于交通事故現(xiàn)場(chǎng)的局限性較強(qiáng)，大場(chǎng)景或特殊場(chǎng)景(如狹窄車道等)并不適用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在至少解決上述技術(shù)缺陷之一。為此，本發(fā)明的目的在于提供一種便攜式無標(biāo)尺交通事故現(xiàn)場(chǎng)快速勘查系統(tǒng)，結(jié)合交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查的實(shí)際需求，為交通事故現(xiàn)場(chǎng)信息采集、圖像拼接、現(xiàn)場(chǎng)圖繪制和交通事故數(shù)據(jù)信息管理提供全程支持。本發(fā)明無需對(duì)交通事故現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行預(yù)處理(擺放標(biāo)定物或標(biāo)志物等)，簡(jiǎn)化交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查程序，縮短測(cè)繪時(shí)間，為交通管理部門提供工作便利；另一方面，本發(fā)明應(yīng)用圖像拼接技術(shù)實(shí)現(xiàn)大場(chǎng)景交通事故現(xiàn)場(chǎng)的多視角圖像拼接，增強(qiáng)了快速勘查系統(tǒng)對(duì)于復(fù)雜多樣的交通事故現(xiàn)場(chǎng)的適應(yīng)性。為此，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種基于雙目視覺的便攜式無標(biāo)尺交通事故現(xiàn)場(chǎng)快速勘查系統(tǒng)，包括便攜式現(xiàn)場(chǎng)勘查設(shè)備和信息處理系統(tǒng)兩部分，便攜式現(xiàn)場(chǎng)勘查設(shè)備無需對(duì)交通事故現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行預(yù)處理即可實(shí)現(xiàn)交通事故現(xiàn)場(chǎng)的攝影勘查和信息采集，將勘查照片導(dǎo)入至信息處理系統(tǒng)用于攝影測(cè)量和現(xiàn)場(chǎng)圖繪制；信息處理系統(tǒng)包括圖像處理模塊、現(xiàn)場(chǎng)圖繪制模塊和事故案例管理模塊；圖像處理模塊，對(duì)便攜式現(xiàn)場(chǎng)勘查設(shè)備拍攝的勘查照片進(jìn)行圖像處理，根據(jù)便攜式現(xiàn)場(chǎng)勘查設(shè)備的標(biāo)定參數(shù)實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和圖像拼接，生成轉(zhuǎn)換文件， 用于現(xiàn)場(chǎng)圖繪制的尺寸標(biāo)注；現(xiàn)場(chǎng)圖繪制模塊，根據(jù)交通事故的具體情況，通過圖庫(kù)符號(hào)調(diào)用和尺寸標(biāo)注相結(jié)合的方式，完成現(xiàn)場(chǎng)圖的繪制生成打??；事故案例管理模塊，接收便攜式現(xiàn)場(chǎng)勘查設(shè)備拍攝的照片和現(xiàn)場(chǎng)圖繪制模塊生成的現(xiàn)場(chǎng)圖，并對(duì)這些信息以案例的形式進(jìn)行分類管理，如附圖2所示。便攜式現(xiàn)場(chǎng)勘查設(shè)備包括四個(gè)功能子模塊拍攝模塊、顯示模塊、控制模塊和輔助模塊。拍攝模塊包括兩部非量測(cè)數(shù)碼相機(jī)，經(jīng)過內(nèi)外部參數(shù)的實(shí)驗(yàn)標(biāo)定后，兩部非量測(cè)數(shù)碼相機(jī)在同步觸發(fā)的工作模式下，拍攝的照片組對(duì)在信息處理系統(tǒng)中用于空間點(diǎn)和直線的三維重建、兩點(diǎn)間距離和點(diǎn)到直線距離測(cè)量以及圖像坐標(biāo)系拼接；顯示模塊包括兩部PAL制式的2. 5寸外接顯示屏，分別通過視頻連接線與兩部數(shù)碼相機(jī)相連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)碼相機(jī)拍攝視野的集中顯示；控制模塊包括一根數(shù)碼相機(jī)的快門線，通過中轉(zhuǎn)HUB分別與兩部數(shù)碼相機(jī)相連接，快門線的工作鍵可以實(shí)現(xiàn)兩部數(shù)碼相機(jī)的一鍵式同步觸發(fā)，從而有效保證便攜式現(xiàn)場(chǎng)勘查設(shè)備雙目視覺預(yù)標(biāo)定原理的物理實(shí)現(xiàn)；輔助模塊包括獨(dú)腳支架和儀器箱。圖像處理模塊包括八個(gè)功能子模塊相機(jī)內(nèi)外部參數(shù)初始化模塊、相機(jī)鏡頭畸變校正模塊、空間點(diǎn)三維重建模塊、兩點(diǎn)間距離測(cè)量模塊、直線的三維重建模塊、點(diǎn)到直線距離測(cè)量模塊、圖像坐標(biāo)系拼接模塊和數(shù)據(jù)接口模塊。相機(jī)內(nèi)外部參數(shù)初始化模塊，在對(duì)勘查照片進(jìn)行處理之前，將預(yù)先通過標(biāo)定實(shí)驗(yàn)獲得的相機(jī)內(nèi)外部參數(shù)以矩陣的形式讀取到內(nèi)存區(qū)中，供接下來的圖像處理過程調(diào)用；相機(jī)鏡頭畸變校正模塊，通過校正算法對(duì)讀入的圖像進(jìn)行鏡頭畸變校正，從而在理論上消除鏡頭畸變導(dǎo)致的測(cè)量誤差；空間點(diǎn)三維重建模塊，在同一組拍攝的左右兩幅圖像內(nèi)，選擇空間某點(diǎn)在兩幅圖像上的投影點(diǎn)，從而得到空間點(diǎn)分別在左右兩幅圖像上的投影像素坐標(biāo)，根據(jù)相機(jī)內(nèi)外部參數(shù)矩陣可以分別求出左右兩幅圖像的投影變換矩陣，進(jìn)而根據(jù)空間幾何知識(shí)計(jì)算出空間點(diǎn)在世界坐標(biāo)系下的世界坐標(biāo)；兩點(diǎn)間距離測(cè)量模塊，將需要測(cè)量的兩個(gè)點(diǎn)三維重建后獲得世界坐標(biāo)系下的世界坐標(biāo)，根據(jù)空間幾何兩點(diǎn)間距離公式計(jì)算勘查照片中兩點(diǎn)間的距離；直線的三維重建模塊，通過取空間直線在左右兩幅圖像中的投影直線上的任意兩點(diǎn)，獲得左右兩幅圖像中二維直線方程， 根據(jù)相機(jī)內(nèi)外部參數(shù)矩陣獲得兩幅圖像的投影變換矩陣，利用空間幾何理論知識(shí)對(duì)直線進(jìn)行三維重建，獲得世界坐標(biāo)系下的直線方程；點(diǎn)到直線距離測(cè)量模塊，在左右兩幅圖像中選擇投影直線上的任意兩點(diǎn)，然后在左右兩幅圖像中選擇欲測(cè)量的點(diǎn)，根據(jù)三維重建后的空間點(diǎn)坐標(biāo)和直線方程計(jì)算點(diǎn)到直線的距離；圖像坐標(biāo)系拼接模塊，將交通事故現(xiàn)場(chǎng)不同角度下獲取的圖像轉(zhuǎn)換到同一坐標(biāo)系下，從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)元素坐標(biāo)信息的統(tǒng)一；數(shù)據(jù)接口模塊， 將信息處理系統(tǒng)得到的現(xiàn)場(chǎng)坐標(biāo)信息、兩點(diǎn)間距離信息、點(diǎn)到直線距離信息寫入特定文件中，完成與現(xiàn)場(chǎng)圖繪制模塊的數(shù)據(jù)接口工作?，F(xiàn)場(chǎng)圖繪制模塊運(yùn)行于Microsoft的Windows操作系統(tǒng)，以圖像處理模塊獲取的空間數(shù)據(jù)對(duì)繪制的符號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確定位，形成符合國(guó)家規(guī)范的交通事故現(xiàn)場(chǎng)圖，并實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)圖的保存和打印輸出?，F(xiàn)場(chǎng)圖繪制模塊包括六個(gè)功能子模塊案例信息模塊、符號(hào)管理模塊、圖形交互模塊、空間數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊、現(xiàn)場(chǎng)圖打印模塊和筆錄生成模塊。案例信息模塊將相關(guān)內(nèi)容自動(dòng)填寫到輸出的現(xiàn)場(chǎng)圖上，填寫的案例信息包括事故地點(diǎn)、事故時(shí)間、天氣、路面性質(zhì)、勘查員姓名、繪圖員姓名、案例簡(jiǎn)要說明和繪圖時(shí)間；符號(hào)管理模塊，將交通事故現(xiàn)場(chǎng)元素符號(hào)進(jìn)行加載和構(gòu)建，為交警提供選擇界面；圖形交互模塊，實(shí)現(xiàn)交警和現(xiàn)場(chǎng)圖繪制模塊進(jìn)行符號(hào)操作的交互，包括符號(hào)的選擇、移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)和縮放功能，為軟件的使用者提供交互界面；空間數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊，對(duì)于需要準(zhǔn)確定位的交通事故現(xiàn)場(chǎng)元素符號(hào)，啟動(dòng)圖像處理模塊完成相關(guān)的測(cè)量和定位，導(dǎo)入對(duì)應(yīng)的定位數(shù)據(jù)信息，完成元素符號(hào)的準(zhǔn)確定位；現(xiàn)場(chǎng)圖打印模塊，用于將繪制完成的現(xiàn)場(chǎng)圖進(jìn)行打印輸出，并按照規(guī)范要求進(jìn)行圖框設(shè)置和案例信息輸出；筆錄生成模塊，按照當(dāng)前繪制的交通元素，對(duì)元素自動(dòng)進(jìn)行代號(hào)分配，形成描述性文字，并形成空隙進(jìn)行實(shí)際情況的填寫。事故案例管理模塊接收便攜式現(xiàn)場(chǎng)勘查設(shè)備拍攝的照片和現(xiàn)場(chǎng)圖繪制模塊生成的現(xiàn)場(chǎng)圖，并對(duì)這些信息以案例的形式，按照事故碰撞形態(tài)、事故車類型、事故時(shí)間、事發(fā)路段這些特征進(jìn)行分類保存管理。事故案例管理模塊根據(jù)交通事故案例的管理和研究需要， 通過軟硬件形式的權(quán)限設(shè)置，向具備對(duì)應(yīng)權(quán)限的交通事故處理和分析人員開放搜索和查詢功能。


本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖1便攜式無標(biāo)尺交通事故現(xiàn)場(chǎng)快速勘查系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)圖；圖2便攜式無標(biāo)尺交通事故現(xiàn)場(chǎng)快速勘查系統(tǒng)工作流程圖；圖3便攜式現(xiàn)場(chǎng)勘查設(shè)備工作流程圖；圖4圖像處理模塊工作流程圖；圖5現(xiàn)場(chǎng)圖繪制模塊工作流程圖。
具體實(shí)施例方式下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。下面參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于雙目視覺的便攜式無標(biāo)尺交通事故現(xiàn)場(chǎng)快速勘查系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的基于雙目視覺的便攜式無標(biāo)尺交通事故現(xiàn)場(chǎng)快速勘查系統(tǒng)包括便攜式現(xiàn)場(chǎng)勘查設(shè)備和信息處理系統(tǒng)兩部分，信息處理系統(tǒng)又包括圖像處理模塊、現(xiàn)場(chǎng)圖繪制模塊和事故案例管理模塊。便攜式現(xiàn)場(chǎng)勘查設(shè)備集數(shù)碼相機(jī)、外接顯示屏和控制裝置為一體，通過外接顯示屏集中顯示勘查視野，通過控制裝置同步觸發(fā)兩部數(shù)碼相機(jī)，實(shí)現(xiàn)交通事故現(xiàn)場(chǎng)的攝影勘查和信息采集；信息處理系統(tǒng)的圖像處理模塊，根據(jù)便攜式現(xiàn)場(chǎng)勘查設(shè)備的標(biāo)定參數(shù)對(duì)勘查照片進(jìn)行圖像處理，實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和圖像拼接，生成轉(zhuǎn)換文件，用于現(xiàn)場(chǎng)圖繪制的尺寸標(biāo)注；
信息處理系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)圖繪制模塊，根據(jù)交通事故的具體情況，通過圖庫(kù)符號(hào)調(diào)用和尺寸標(biāo)注相結(jié)合的方式，完成現(xiàn)場(chǎng)圖的繪制生成打印；信息處理系統(tǒng)的事故案例管理模塊，接收便攜式現(xiàn)場(chǎng)勘查設(shè)備拍攝的照片和現(xiàn)場(chǎng)圖繪制模塊生成的現(xiàn)場(chǎng)圖等事故相關(guān)信息，并對(duì)這些信息以案例的形式進(jìn)行分類管理。便攜式現(xiàn)場(chǎng)勘查設(shè)備是便攜式無標(biāo)尺交通事故現(xiàn)場(chǎng)快速勘查系統(tǒng)的核心技術(shù)，集數(shù)碼相機(jī)、外接顯示屏和控制裝置為一體，輕量便攜，操作簡(jiǎn)便，交通事故現(xiàn)場(chǎng)只需一人就可以完成全部操作，如附圖3所示。便攜式現(xiàn)場(chǎng)勘查設(shè)備通過外接顯示屏實(shí)現(xiàn)兩部數(shù)碼相機(jī)勘查視野的集中顯示，通過控制裝置同步觸發(fā)兩部數(shù)碼相機(jī)，完成交通事故現(xiàn)場(chǎng)的信息采集和勘查取證。與現(xiàn)有交通事故現(xiàn)場(chǎng)攝影測(cè)量勘查設(shè)備相比，本設(shè)備直接拍攝勘查、無需在交通事故現(xiàn)場(chǎng)擺放標(biāo)定物或標(biāo)志物的功能設(shè)計(jì)和工作方式，有助于提高交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查效率、簡(jiǎn)化工作流程，從而進(jìn)一步減緩由于勘查需要封鎖現(xiàn)場(chǎng)引發(fā)的交通擁堵，有效疏解目前交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查工作中的主要矛盾。便攜式現(xiàn)場(chǎng)勘查設(shè)備通過控制裝置同步觸發(fā)兩部數(shù)碼相機(jī)，一鍵式的操作模式有效簡(jiǎn)化了交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查取證的工作流程，極大降低了用戶操作界面對(duì)現(xiàn)場(chǎng)勘查人員的技術(shù)要求，并且避免了由于誤操作引起勘查取證失誤的可能性；另一方面，控制裝置的一鍵式同步觸發(fā)模式還可以有效保證便攜式現(xiàn)場(chǎng)勘查設(shè)備雙目視覺預(yù)標(biāo)定原理的物理實(shí)現(xiàn)，即同步觸發(fā)拍攝功能保證了兩部數(shù)碼相機(jī)外部參數(shù)標(biāo)定的有效性。兩部外接顯示屏實(shí)現(xiàn)了兩部數(shù)碼相機(jī)勘查視野的集中顯示，有助于現(xiàn)場(chǎng)勘查人員方便地掌握兩部數(shù)碼相機(jī)(相距80cm左右)的拍攝情況，有效保證了雙目視覺原理的勘查作業(yè)實(shí)現(xiàn)，即兩部數(shù)碼相機(jī)勘查視野的重合范圍顯示。便攜式現(xiàn)場(chǎng)勘查設(shè)備包括四個(gè)功能子模塊拍攝模塊、顯示模塊、控制模塊和輔助模塊。拍攝模塊包括兩部非量測(cè)數(shù)碼相機(jī)，有效像素1000萬，最高分辨率3648X2736，1 倍光學(xué)變焦。經(jīng)過內(nèi)外部參數(shù)的實(shí)驗(yàn)標(biāo)定后，兩部非量測(cè)數(shù)碼相機(jī)在同步觸發(fā)的工作模式下，拍攝的照片組對(duì)可以用于圖像處理模塊的空間點(diǎn)和直線的三維重建、兩點(diǎn)間距離和點(diǎn)到直線距離測(cè)量以及圖像坐標(biāo)系拼接等。顯示模塊包括兩部PAL制式的2. 5寸外接顯示屏，分別通過視頻連接線與兩部數(shù)碼相機(jī)相連接，實(shí)現(xiàn)兩部數(shù)碼相機(jī)勘查視野的集中顯示?？刂颇K包括一根數(shù)碼相機(jī)的快門線，通過中轉(zhuǎn)HUB分別與兩部數(shù)碼相機(jī)相連接，快門線的工作鍵可以實(shí)現(xiàn)兩部數(shù)碼相機(jī)的一鍵式同步觸發(fā)，從而有效保證便攜式現(xiàn)場(chǎng)勘查設(shè)備雙目視覺預(yù)標(biāo)定原理的物理實(shí)現(xiàn)。輔助模塊包括獨(dú)腳支架和儀器箱等，實(shí)現(xiàn)便攜式現(xiàn)場(chǎng)勘查設(shè)備的物理定位、保存運(yùn)輸?shù)裙δ?。?dú)腳支架可變長(zhǎng)度為520-1630mm，整備質(zhì)量為0.7Ig，最大承重18Kg。儀器箱的外廓尺寸為1070 X 270 X 140mm,整備質(zhì)量2. 65Kg。對(duì)應(yīng)附圖3的工作流程，便攜式現(xiàn)場(chǎng)勘查設(shè)備的使用方法如下1平置并打開儀器箱，依次取出便攜式現(xiàn)場(chǎng)勘查設(shè)備的主體設(shè)備和獨(dú)腳支架，根據(jù)實(shí)際需要調(diào)節(jié)獨(dú)腳支架的工作尺寸并將獨(dú)腳支架與主體設(shè)備相連接。2.打開主體設(shè)備的工作倉(cāng)門，啟動(dòng)顯示模塊。3.啟動(dòng)控制模塊，觸發(fā)工作鍵，啟動(dòng)拍攝模塊。4.根據(jù)交通事故現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需要，通過觸發(fā)控制模塊的工作鍵，進(jìn)行交通事故現(xiàn)場(chǎng)的攝影勘查取證作業(yè)。5.打開主體設(shè)備的工作倉(cāng)門，關(guān)閉顯示模塊。6.依次關(guān)閉拍攝模塊和控制模塊。7.拆解獨(dú)腳支架，恢復(fù)原始尺寸，放回并關(guān)閉儀器箱。信息處理系統(tǒng)的圖像處理模塊，根據(jù)自主開發(fā)的攝影測(cè)量軟件，通過對(duì)便攜式現(xiàn)場(chǎng)勘查設(shè)備獲取的若干組勘查照片進(jìn)行圖像處理，根據(jù)預(yù)先通過標(biāo)定實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)碼相機(jī)內(nèi)外部參數(shù)，利用雙目視覺理論對(duì)空間點(diǎn)、空間直線進(jìn)行三維重建，進(jìn)而可以測(cè)量獲取各組勘查照片中兩點(diǎn)間的距離、點(diǎn)到直線的距離等信息，如附圖4所示。圖像處理模塊包括八個(gè)功能子模塊相機(jī)內(nèi)外部參數(shù)初始化模塊、相機(jī)鏡頭畸變校正模塊、空間點(diǎn)三維重建模塊、兩點(diǎn)間距離測(cè)量模塊、直線的三維重建模塊、點(diǎn)到直線距離測(cè)量模塊、圖像坐標(biāo)系拼接模塊和數(shù)據(jù)接口模塊。相機(jī)內(nèi)外部參數(shù)初始化模塊，在對(duì)勘查照片進(jìn)行處理之前，將預(yù)先通過標(biāo)定實(shí)驗(yàn)獲得的相機(jī)內(nèi)外部參數(shù)以矩陣的形式讀取到內(nèi)存區(qū)中，供接下來的圖像處理過程調(diào)用。相機(jī)鏡頭畸變校正模塊，通過校正算法對(duì)讀入的圖像進(jìn)行鏡頭畸變校正，從而在理論上消除鏡頭畸變導(dǎo)致的測(cè)量誤差?？臻g點(diǎn)三維重建模塊，在同一組拍攝的左右兩幅圖像內(nèi)，選擇空間某點(diǎn)在兩幅圖像上的投影點(diǎn)，從而得到空間點(diǎn)分別在左右兩幅圖像上的投影像素坐標(biāo)，根據(jù)相機(jī)內(nèi)外部參數(shù)矩陣可以分別求出左右兩幅圖像的投影變換矩陣，進(jìn)而根據(jù)空間幾何知識(shí)可以計(jì)算出空間點(diǎn)在世界坐標(biāo)系下的世界坐標(biāo)。兩點(diǎn)間距離測(cè)量模塊，將需要測(cè)量的兩個(gè)點(diǎn)三維重建后獲得的世界坐標(biāo)系下的世界坐標(biāo)，根據(jù)空間幾何兩點(diǎn)間距離公式計(jì)算勘查照片中兩點(diǎn)間的距離。直線的三維重建模塊，通過取空間直線在左右兩幅圖像中的投影直線上的任意兩點(diǎn)，獲得左右兩幅圖像中二維直線方程，根據(jù)相機(jī)內(nèi)外部參數(shù)矩陣可以獲得兩幅圖像的投影變換矩陣，利用空間幾何理論知識(shí)可以對(duì)直線進(jìn)行三維重建，獲得世界坐標(biāo)系下的直線方程。點(diǎn)到直線距離測(cè)量模塊，在左右兩幅圖像中選擇直線(用直線上任意兩點(diǎn)即可描述該直線)，然后在左右兩幅圖像中選擇欲測(cè)量的點(diǎn)，三維重建后的空間點(diǎn)坐標(biāo)為P(x0，y0，z0)三維重建后的直線方程為 (Αχ + Β,ν + Qz + D, =0則點(diǎn)到直線的距離為其中Hl=UifBisC,) (i = 1. 2)對(duì)應(yīng)附圖4的工作流程，兩點(diǎn)間距離測(cè)量模塊和點(diǎn)到直線距離測(cè)量模塊的使用方法如下
1.雙擊圖像處理模塊的圖標(biāo)，進(jìn)入用戶操作界面。2.單擊“打開2幅圖像”按鈕，彈出選擇圖像對(duì)話框，先雙擊選擇左視角圖像，然后雙擊選擇右視角圖像，即可在用戶操作界面中查看同一組對(duì)的左右視角圖像。3.單擊“測(cè)量?jī)牲c(diǎn)距離”按鈕，將左右視圖中兩點(diǎn)分別拖動(dòng)到所要測(cè)量的兩個(gè)點(diǎn)上，即可實(shí)時(shí)顯示出所測(cè)量的兩點(diǎn)間的距離。選擇點(diǎn)時(shí)，可以使用鼠標(biāo)滾輪對(duì)選擇的點(diǎn)進(jìn)行局部放大后準(zhǔn)確定位，避免出現(xiàn)由于取點(diǎn)不準(zhǔn)導(dǎo)致的測(cè)量誤差。4.如果需要測(cè)量交通事故現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)到直線的距離，單擊“測(cè)量點(diǎn)到線的距離”按鈕， 選擇左右視圖中所需測(cè)量的點(diǎn)和直線，即可實(shí)時(shí)顯示出所測(cè)量的點(diǎn)到直線的距離。選擇點(diǎn)和直線時(shí)，可以使用鼠標(biāo)滾輪對(duì)選擇的點(diǎn)進(jìn)行局部放大后準(zhǔn)確定位，避免出現(xiàn)由于取點(diǎn)不準(zhǔn)導(dǎo)致的測(cè)量誤差。對(duì)應(yīng)附圖4的工作流程，圖像坐標(biāo)系拼接模塊，將交通事故現(xiàn)場(chǎng)不同角度下獲取的圖像轉(zhuǎn)換到同一坐標(biāo)系下，從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)元素坐標(biāo)信息的統(tǒng)一，具體流程如下1.首先挑選一組包含基準(zhǔn)點(diǎn)和基準(zhǔn)線信息的左右兩張圖像作為基準(zhǔn)圖像(父圖)，選擇基準(zhǔn)點(diǎn)和基準(zhǔn)線確定地面坐標(biāo)系，然后利用坐標(biāo)系變換原理將相機(jī)坐標(biāo)系下點(diǎn)的坐標(biāo)和直線方程轉(zhuǎn)換到由基準(zhǔn)點(diǎn)和基準(zhǔn)線所確定的地面坐標(biāo)系下，記錄下相對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量。2.選取另一組圖像(子圖)與基準(zhǔn)圖像(父圖)進(jìn)行坐標(biāo)系拼接，要求所選擇的圖像與基準(zhǔn)圖像包含部分重疊路區(qū)域，以便能夠利用重疊信息進(jìn)行坐標(biāo)系拼接。利用重疊區(qū)域的空間非共面的4個(gè)點(diǎn)，計(jì)算子圖與父圖之間的轉(zhuǎn)換矩陣和平移向量，進(jìn)而計(jì)算該子圖相對(duì)于地面坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量，記錄下該組圖片對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量。3.重復(fù)2步驟，直到拼接的圖像包含了交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查所需的全部信息。4.利用經(jīng)過拼接的圖像，計(jì)算圖像中交通事故現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)元素在地面坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。數(shù)據(jù)接口模塊，將圖像處理模塊得到的交通事故現(xiàn)場(chǎng)坐標(biāo)信息、兩點(diǎn)間距離信息、 點(diǎn)到直線距離信息寫入特定文件中，完成與現(xiàn)場(chǎng)圖繪制模塊的數(shù)據(jù)接口工作，為現(xiàn)場(chǎng)圖繪制模塊的信息快速獲取提供便利的途徑。信息處理系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)圖繪制模塊為應(yīng)用于交通事故現(xiàn)場(chǎng)圖繪制的計(jì)算機(jī)繪圖軟件系統(tǒng)，運(yùn)行于Microsoft的Windows操作系統(tǒng)，以圖像處理模塊獲取的空間數(shù)據(jù)對(duì)繪制的符號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確定位，形成符合國(guó)家規(guī)范的交通事故現(xiàn)場(chǎng)圖，并實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)圖的保存和打印輸
出ο現(xiàn)場(chǎng)圖繪制模塊包括六個(gè)功能子模塊案例信息模塊、符號(hào)管理模塊、圖形交互模塊、空間數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊、現(xiàn)場(chǎng)圖打印模塊和筆錄生成模塊，對(duì)應(yīng)的工作流程如附圖5所示。案例信息模塊，相關(guān)內(nèi)容將自動(dòng)填寫到輸出的現(xiàn)場(chǎng)圖上，填寫的案例信息包括事故地點(diǎn)、事故時(shí)間、天氣、路面性質(zhì)、勘查員姓名、繪圖員姓名、案例簡(jiǎn)要說明和繪圖時(shí)間等。符號(hào)管理模塊，將系統(tǒng)的交通事故現(xiàn)場(chǎng)元素符號(hào)進(jìn)行加載和構(gòu)建，為交警提供選擇界面。圖形交互模塊，實(shí)現(xiàn)交警和現(xiàn)場(chǎng)圖繪制模塊進(jìn)行符號(hào)操作的交互，包括符號(hào)的選擇、移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)和縮放功能，為軟件的使用者提供交互界面?？臻g數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊，對(duì)于需要準(zhǔn)確定位的交通事故現(xiàn)場(chǎng)元素符號(hào)，啟動(dòng)圖像處理模塊完成相關(guān)的測(cè)量和定位，導(dǎo)入對(duì)應(yīng)的定位數(shù)據(jù)信息完成元素符號(hào)的準(zhǔn)確定位?，F(xiàn)場(chǎng)圖打印模塊，用于將繪制完成的現(xiàn)場(chǎng)圖進(jìn)行打印輸出，并按照規(guī)范要求進(jìn)行圖框設(shè)置和案例信息輸出。筆錄生成模塊，按照當(dāng)前繪制的交通元素，對(duì)元素自動(dòng)進(jìn)行代號(hào)分配，形成描述性文字，并形成空隙進(jìn)行實(shí)際情況的填寫。信息處理系統(tǒng)的事故案例管理模塊，接收便攜式現(xiàn)場(chǎng)勘查設(shè)備拍攝的照片和現(xiàn)場(chǎng)圖繪制模塊生成的現(xiàn)場(chǎng)圖等事故相關(guān)信息，并對(duì)這些信息以案例的形式，按照事故碰撞形態(tài)、事故車類型、事故時(shí)間、事發(fā)路段等特征進(jìn)行分類保存管理。該模塊可以根據(jù)交通事故案例的管理和研究需要，通過軟硬件形式的權(quán)限設(shè)置，向具備對(duì)應(yīng)權(quán)限的交通事故處理和分析人員開放搜索和查詢功能。在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對(duì)上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同限定。
權(quán)利要求
1.一種基于雙目視覺的便攜式無標(biāo)尺交通事故現(xiàn)場(chǎng)快速勘查系統(tǒng)，其特征在于，包括 便攜式現(xiàn)場(chǎng)勘查設(shè)備和信息處理系統(tǒng)，信息處理系統(tǒng)包括圖像處理模塊、現(xiàn)場(chǎng)圖繪制模塊和事故案例管理模塊； 圖像處理模塊，根據(jù)便攜式現(xiàn)場(chǎng)勘查設(shè)備的標(biāo)定參數(shù)對(duì)勘查照片進(jìn)行圖像處理，實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和圖像拼接，生成轉(zhuǎn)換文件，用于現(xiàn)場(chǎng)圖繪制的尺寸標(biāo)注；現(xiàn)場(chǎng)圖繪制模塊，根據(jù)交通事故的具體情況，通過圖庫(kù)符號(hào)調(diào)用和尺寸標(biāo)注相結(jié)合的方式，完成交通事故現(xiàn)場(chǎng)圖的繪制生成打??；事故案例管理模塊，接收便攜式現(xiàn)場(chǎng)勘查設(shè)備拍攝的照片和現(xiàn)場(chǎng)圖繪制模塊生成的現(xiàn)場(chǎng)圖，并對(duì)這些信息以案例的形式進(jìn)行分類管理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙目視覺的便攜式無標(biāo)尺交通事故現(xiàn)場(chǎng)快速勘查系統(tǒng)， 其特征在于，所述便攜式現(xiàn)場(chǎng)勘查設(shè)備包括四個(gè)功能子模塊拍攝模塊、顯示模塊、控制模塊和輔助模塊；所述拍攝模塊包括兩部非量測(cè)數(shù)碼相機(jī)，經(jīng)過內(nèi)外部參數(shù)的實(shí)驗(yàn)標(biāo)定后，兩部非量測(cè)數(shù)碼相機(jī)在同步觸發(fā)的工作模式下，拍攝的照片組對(duì)在所述信息處理系統(tǒng)中用于空間點(diǎn)和直線的三維重建、兩點(diǎn)間距離和點(diǎn)到直線距離的測(cè)量以及圖像坐標(biāo)系的拼接；所述顯示模塊包括兩部PAL制式的2. 5寸外接顯示屏，分別通過視頻連接線與兩部數(shù)碼相機(jī)相連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)碼相機(jī)拍攝視野的集中顯示；所述控制模塊包括一根數(shù)碼相機(jī)快門線，通過中轉(zhuǎn)HUB分別與兩部數(shù)碼相機(jī)相連接， 快門線的工作鍵可以實(shí)現(xiàn)兩部數(shù)碼相機(jī)的一鍵式同步觸發(fā)，從而有效保證便攜式現(xiàn)場(chǎng)勘查設(shè)備雙目視覺預(yù)標(biāo)定原理的物理實(shí)現(xiàn)； 所述輔助模塊包括獨(dú)腳支架和儀器箱。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙目視覺的便攜式無標(biāo)尺交通事故現(xiàn)場(chǎng)快速勘查系統(tǒng)， 其特征在于，所述圖像處理模塊包括八個(gè)功能子模塊相機(jī)內(nèi)外部參數(shù)初始化模塊、相機(jī)鏡頭畸變校正模塊、空間點(diǎn)三維重建模塊、兩點(diǎn)間距離測(cè)量模塊、直線的三維重建模塊、點(diǎn)到直線距離測(cè)量模塊、圖像坐標(biāo)系拼接模塊和數(shù)據(jù)接口模塊；所述相機(jī)內(nèi)外部參數(shù)初始化模塊，在對(duì)勘查照片進(jìn)行處理之前，將預(yù)先通過標(biāo)定實(shí)驗(yàn)獲得的相機(jī)內(nèi)外部參數(shù)以矩陣的形式讀取到內(nèi)存區(qū)中，供接下來的圖像處理過程調(diào)用；所述相機(jī)鏡頭畸變校正模塊，通過校正算法對(duì)讀入的圖像進(jìn)行鏡頭畸變校正，從而在理論上消除鏡頭畸變導(dǎo)致的測(cè)量誤差；所述空間點(diǎn)三維重建模塊，在同一組拍攝的左右兩幅圖像內(nèi)，選擇空間某點(diǎn)在兩幅圖像上的投影點(diǎn)，從而得到空間點(diǎn)分別在左右兩幅圖像上的投影像素坐標(biāo)，根據(jù)相機(jī)內(nèi)外部參數(shù)矩陣可以分別求出左右兩幅圖像的投影變換矩陣，進(jìn)而根據(jù)空間幾何知識(shí)計(jì)算出空間點(diǎn)在世界坐標(biāo)系下的世界坐標(biāo)；所述兩點(diǎn)間距離測(cè)量模塊，將需要測(cè)量的兩個(gè)點(diǎn)三維重建后獲得世界坐標(biāo)系下的世界坐標(biāo)，根據(jù)空間幾何兩點(diǎn)間距離公式計(jì)算勘查照片中兩點(diǎn)間的距離；所述直線的三維重建模塊，通過取空間直線在左右兩幅圖像中的投影直線上的任意兩點(diǎn)，獲得左右兩幅圖像中二維直線方程，根據(jù)相機(jī)內(nèi)外部參數(shù)矩陣獲得兩幅圖像的投影變換矩陣，利用空間幾何理論知識(shí)對(duì)直線進(jìn)行三維重建，獲得世界坐標(biāo)系下的直線方程； 所述點(diǎn)到直線距離測(cè)量模塊，在左右兩幅圖像中選擇投影直線上的任意兩點(diǎn)，然后在左右兩幅圖像中選擇欲測(cè)量的點(diǎn)，根據(jù)三維重建后的空間點(diǎn)坐標(biāo)和直線方程計(jì)算點(diǎn)到直線的距離；所述圖像坐標(biāo)系拼接模塊，將交通事故現(xiàn)場(chǎng)不同角度下獲取的圖像轉(zhuǎn)換到同一坐標(biāo)下，從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)元素坐標(biāo)信息的統(tǒng)一；所述數(shù)據(jù)接口模塊，將所述信息處理系統(tǒng)得到的現(xiàn)場(chǎng)坐標(biāo)信息、兩點(diǎn)間距離信息、點(diǎn)到直線距離信息寫入特定文件中，完成與所述現(xiàn)場(chǎng)圖繪制模塊的數(shù)據(jù)接口工作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙目視覺的便攜式無標(biāo)尺交通事故現(xiàn)場(chǎng)快速勘查系統(tǒng)， 其特征在于，所述現(xiàn)場(chǎng)圖繪制模塊運(yùn)行于Microsoft的Windows操作系統(tǒng)，以圖像處理模塊獲取的空間數(shù)據(jù)對(duì)繪制的符號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確定位，形成符合國(guó)家規(guī)范的交通事故現(xiàn)場(chǎng)圖，并實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)圖的保存和打印輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙目視覺的便攜式無標(biāo)尺交通事故現(xiàn)場(chǎng)快速勘查系統(tǒng)， 其特征在于，所述現(xiàn)場(chǎng)圖繪制模塊包括六個(gè)功能子模塊案例信息模塊、符號(hào)管理模塊、圖形交互模塊、空間數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊、現(xiàn)場(chǎng)圖打印模塊和筆錄生成模塊；所述案例信息模塊，將相關(guān)內(nèi)容自動(dòng)填寫到輸出的現(xiàn)場(chǎng)圖上，填寫的案例信息包括事故地點(diǎn)、事故時(shí)間、天氣、路面性質(zhì)、勘查員姓名、繪圖員姓名、案例簡(jiǎn)要說明和繪圖時(shí)間；所述符號(hào)管理模塊，將交通事故現(xiàn)場(chǎng)元素符號(hào)進(jìn)行加載和構(gòu)建，為交警提供選擇界所述圖形交互模塊，實(shí)現(xiàn)交警和所述現(xiàn)場(chǎng)圖繪制模塊進(jìn)行符號(hào)操作的交互，包括符號(hào)的選擇、移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)和縮放功能，為軟件的使用者提供交互界面；所述空間數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊，對(duì)于需要準(zhǔn)確定位的交通事故現(xiàn)場(chǎng)元素符號(hào)，啟動(dòng)所述圖像處理模塊完成相關(guān)的測(cè)量和定位，導(dǎo)入對(duì)應(yīng)的定位數(shù)據(jù)信息，完成元素符號(hào)的準(zhǔn)確定位；所述現(xiàn)場(chǎng)圖打印模塊，用于將繪制完成的現(xiàn)場(chǎng)圖進(jìn)行打印輸出，并按照規(guī)范要求進(jìn)行圖框設(shè)置和案例信息輸出；所述筆錄生成模塊，按照當(dāng)前繪制的交通元素，對(duì)元素自動(dòng)進(jìn)行代號(hào)分配，形成描述性文字，并形成空隙進(jìn)行實(shí)際情況的填寫。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙目視覺的便攜式無標(biāo)尺交通事故現(xiàn)場(chǎng)快速勘查系統(tǒng)， 其特征在于，所述事故案例管理模塊接收便攜式現(xiàn)場(chǎng)勘查設(shè)備拍攝的照片和現(xiàn)場(chǎng)圖繪制模塊生成的現(xiàn)場(chǎng)圖，并對(duì)這些信息以案例的形式，按照事故碰撞形態(tài)、事故車類型、事故時(shí)間、 事發(fā)路段這些特征進(jìn)行分類保存管理。所述事故案例管理模塊根據(jù)交通事故案例的管理和研究需要，通過軟硬件形式的權(quán)限設(shè)置，向具備對(duì)應(yīng)權(quán)限的交通事故處理和分析人員開放搜索和查詢功能。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于雙目視覺的便攜式無標(biāo)尺交通事故現(xiàn)場(chǎng)快速勘查系統(tǒng)，包括便攜式現(xiàn)場(chǎng)勘查設(shè)備和信息處理系統(tǒng)兩部分。便攜式現(xiàn)場(chǎng)勘查設(shè)備通過同步觸發(fā)雙目相機(jī)進(jìn)行攝影勘查和信息采集。信息處理系統(tǒng)包括圖像處理模塊、現(xiàn)場(chǎng)圖繪制模塊和事故案例管理模塊。圖像處理模塊對(duì)勘查照片進(jìn)行圖像處理，實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和圖像拼接，用于現(xiàn)場(chǎng)圖繪制的尺寸標(biāo)注；現(xiàn)場(chǎng)圖繪制模塊通過圖庫(kù)符號(hào)調(diào)用和尺寸標(biāo)注相結(jié)合的方式，完成交通事故現(xiàn)場(chǎng)圖的繪制生成打印；事故案例管理模塊對(duì)勘查照片和現(xiàn)場(chǎng)圖等相關(guān)信息以案例的形式進(jìn)行分類管理。本發(fā)明無需對(duì)交通事故現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行預(yù)處理，設(shè)備便攜操作簡(jiǎn)易，測(cè)量精度高，只需一人即可完成全部操作。
文檔編號(hào)G08G1/01GK102230798SQ20111009100
公開日2011年11月2日 申請(qǐng)日期2011年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月12日
發(fā)明者傅罡, 劉文超, 李一兵, 王巖, 趙紅蕊, 魯光泉 申請(qǐng)人:清華大學(xué)