结合航拍图与车载图像的车辆路面位置定位(3)

3.5建立几何映射关系

如图7所示，选择车载图像中距车前水平距离相同的两个相邻特征点，将其分成4个区域；然后在航拍图像中，依据角度划分原则，也将其划分成相同的区域块数，并过车载相机坐标点做射线集，求出每一射线对应的角度值。后续依次对两幅图像中距车前水平距离相同的其余相邻两个标志物作上述处理，得到全部特征点的区域划分图。

图7 车载图像与航拍图像的局部区域划分Fig.7 The Local area division of the vehicle-borne image and aerial image

若根据特征点横坐标数值，选择合适的划分尺寸，不仅可以将车载图像横坐标数值与特征点所在区域对应起来，而且由于划分的区域足够小，可减少因特征点坐标带来的误差。由于两幅图像的区域划分图反映物像在两个像平面的几何映射关系，最终可实现可将车载图像横坐标值与航拍图像对应射线的视角角度值一一对应起来。

3.6定位车载相机位置

在定位场景下的车载图像中，运用同样的方法对特征点进行坐标提取。为方便处理，此处要求区域分块尺寸与标定场景一致。后续可根据两个特征点在车载图像中的坐标值，查询标定场景的几何映射关系表，得到两个特征点在航拍图上的视角值。

已知两个坐标点及其形成的夹角时，可形成一组圆弧轨迹，圆弧轨迹上任一点都代表符合该夹角值的车载相机位置。因此当求取至少两组特征点的夹角值时，即可根据两组圆弧轨迹的交点求得一个固定的车载相机位置，如图8所示，其中红点为求得的车载相机位置，黑点为车载相机原始位置。理论上只要选择定位场景下三个特征点坐标，即可得到车载相机的位置。

图8 车载相机定位图Fig.8 On-borne camera positioning diagram

3.7定位车辆位置

若车载相机在标定场景与定位场景的拍摄角度一致时，可求取定位场景中车辆的位置。如图9所示，在标定场景的航拍图中，以车载相机为原点，过任一特征点A与车辆四轮作射线集，并标出各射线之间形成的夹角值。

图9 标定场景特征点夹角值Fig.9 The angle value of the characteristic point of the calibration scene

如图10所示，在定位场景的航拍图中，以最终计算的车载相机坐标为原点，过任一特征点B作射线，并根据几何映射关系计算射线A、B的夹角值，从而获得车辆四轮在定位场景中对应的角度值。结合两幅航拍图像的比例关系，可将车辆四轮位置确定下来。其中黑点为车轮原始位置，红点为计算得到的车轮位置。

图10 定位场景特征点夹角值Fig.10 The angle value of the characteristic point of the positioning scene

4 实验结果及分析

在实际测量中，存在因图像畸变、航拍图像非正射投影、相机倾斜角以及特征点选择等因素形成的不可避免的误差。故本文在对图像进行畸变校正和固定相机倾斜角的条件下，运用三维激光扫描技术解决航拍图像非正射投影的问题,研究特征点的选择、不同特征点组合形成的误差对定位结果的影响。

4.1优化几何映射关系

由于相机透镜自身的原因造成测量几何映射关系与其真实的映射关系存在偏差。所以需要在标定场景下，选择合适的车载图像特征点。

实验依次选取航拍图像中相同水平距离的三个相邻特征点，依据上述区域划分的方法，通过边缘两个特征点所在区域求取中间特征点的角度值，并与其真实角度值进行比较。图11分别给出了3组不同水平距离特征点的角度测算值与其真实值的比较结果。

图11 不同特征点形成的几何映射误差Fig.11 Geometric mapping error formed by different feature points

实验结果表明，选择图像不同区域来建立几何映射关系将影响定位结果的精度。从图11可知，距车前轮水平距离500 cm和600 cm的特征点角度测算值更接近其真实值，说明在标定场景下构建几何映射关系时，选择图像中央区域的特征点能提高映射的精度。

4.2车载相机定位结果

在定位场景下，选择距车前轮水平距离为l的6个特征点特征点之间的间隔为100 cm。根据排列组合公式：

(6)

式(6)中，n=6，m=2，可求得N=15，即6个特征点中选择任意2个可形成15个角度值，将这15个角度值根据角度大小分为5个角度区间。其中相邻的两个特征形成最小的角度，为第一角度区间，以此类推，首尾两个特征形成最大的角度，为第五角度区间。因为已知两个夹角值可计算出一个对应的定位测量值，所以依据式(6)，从15个角度值中选择任意2个角度值可形成105个车载相机的位置。

文章来源：《中国司法鉴定》 网址: http://www.zgsfjdzz.cn/qikandaodu/2021/0424/506.html