[发明专利]一种基于迹范数的道路能见度检测方法

权利要求书

1.一种基于迹范数的道路能见度检测方法，其步骤为：

步骤一、采集道路交通视频图像；

步骤二、对步骤一采集的一帧视频图像进行PTZ摄像机标定，检测车道分割线，确定实际路面上一点到摄像机坐标系的垂直距离d_i；

步骤三、根据现有能见度检测理论和实际的能见度数据，对消光系数k进行拓展，视为时间t的函数k(t)，在迹范数基础上构建泛函：

式中，L₀为目标物自有亮度；L_f为背景天空亮度；[0,T]表示采样的时间区间，l表示距离；L(d_i)为某一固定亮度的物体在距离人眼距离为d_i处的视亮度；

步骤四、假设消光系数函数k(t)在某时刻t₀附近为常数，基于迹范数，利用t₀时刻的能见度监控图像帧进行曲线拟合，当拟合曲线接近实际亮度曲线时，得到该时刻的消光系数；对于t₀时刻附近连续的若干帧，分别求其消光系数并取平均，可以得到t₀时刻附近的消光系数值；多次求解，得到t₀,t₁,t₂,t₃,t₄,t₅,……等若干时段的消光系数值，利用最小二乘得到k(t)的方程，求得不同时刻的能见度值。

2.根据权利要求1所述的一种基于迹范数的道路能见度检测方法，其特征在于：步骤一所述的道路交通视频图像采集具体要求为：使用高速公路外场路测PTZ摄像机进行视频图像采集，采集的视频图像需满足图像最底端一行像素区域显示离摄像机的距离不超过20米，图像最顶端一行像素区域显示离摄像机的距离大于200米；采集视频图像时，每隔10分钟截取一帧图像，连续截取15～30帧图像。

3.根据权利要求1所述的一种基于迹范数的道路能见度检测方法，其特征在于：步骤二的具体操作步骤为：

对步骤一采集的一帧视频图像进行PTZ摄像机标定，建立PTZ摄像机成像模型，得出路面坐标系、摄像机坐标系与成像平面间的变换关系，计算视频图像中路面区域与摄像机的距离；其中，PTZ摄像机成像模型包括3个坐标系：

路面坐标系(X_w,Y_w,Z_w)，摄像机坐标系(X_i,Y_i,Z_i)以及像平面坐标系(u,v)，路面坐标系原点O_w为摄像机光轴与路面的交点；X_w轴正向水平指向路面右侧，Y_w轴正向沿路面方向指向前方，Z_w轴正向垂直于路面向上；摄像机坐标系原点O为摄像机光心位置，Z_i轴为摄像机光轴位置，X_i-Y_i平面平行于像平面；(u,v)分别对应像平面的横坐标和纵坐标，习惯将图像像素位置以行和列表达，因此，u又称为图像列坐标，v称为图像行坐标；

路面坐标系与摄像机坐标系间以及摄像机坐标系与像平面坐标系间的变换关系为：

其中，θ为摄像机光轴与路面夹角，H为摄像机光心距路面的垂直距离，f为镜头有效焦距；

根据上述路面坐标系与摄像机坐标系间以及摄像机坐标系与像平面坐标系间的变换关系，推算出实际路面上一点到摄像机坐标系的垂直距离d_i与该点在像平面坐标系上对应像素点的坐标(u,v)的对应关系：

其中，v_i为路面上一点在像平面坐标系中的行坐标，v_h为灭点在像平面坐标系中的行坐标，所述的灭点表示视频图像中车道分割线与无限远处交汇的点。