基于车载多摄像头的道路正射影像地图创建方法研究

【摘要】：近年来,地图在车辆辅助驾驶与导航中发挥着越来越重要的作用。在未来,辅助驾驶将变得越来越智能化,并最终有望演变成真正意义上的智能驾驶。在智能驾驶中,车辆需要得到丰富的路面信息来进行自主定位与导航,如车道线、停车线、路面交通标志等。但是,传统的卫星或者航拍地图由于分辨率较低,无法清晰地反映出路面细节信息。因此,本文提出了一种基于车载多摄像头的道路正射影像地图创建方法,通过该方法可以实现高分辨率的道路正射影像地图创建。本文的具体研究内容如下:针对传统方法摄像头视野有限的问题,本文构建了一个车载多摄像头采集系统,该采集系统相对于全景相机采集系统更适合于狭窄道路环境,且系统成本远低于全景相机采集系统;相对于单目/环视摄像头采集系统,该采集系统具有更大的视野范围以及有效视野距离,采集效率较高。本文首先对采集系统中的广角摄像头内参进行了标定,通过标定好的内参实现了广角摄像头的畸变校正;接着,对车载多摄像头进行了联合标定,实现了正射影像数据的创建。为了避免正射影像数据中出现“像素空洞”、“重复像素”以及“色差”,本文使用了影像插值以及白平衡方法对影像数据进行了处理和优化。在局部道路正射影像地图创建中,本文首先使用了基于扩展卡尔曼滤波方法融合差分GPS以及惯导数据,获得高质量的车辆定位结果,通过实验证明该定位方法可以满足局部道路正射影像地图创建的需求;其次,对于影像投影过程中出现重叠区域的问题,本文使用了基于加权中值滤波的影像数据融合方法来对重叠区域中的像素点进行融合,相对于其它加权滤波方法,加权中值滤波可以帮助避免影像噪声点对于最终生成的道路正射影像地图的影响,此外,加权中值滤波可以保证正射影像地图保留更多的细节信息,不会出现影像模糊或者失真的情况。为了能够高效、快捷地创建、存储和发布大范围道路正射影像地图,本文使用了基于瓦片地图的方案。该方案构建了瓦片金字塔模型,并使用线性四叉树索引来进行描述,不同分辨率的瓦片地图块在瓦片金字塔中的不同层中显示,从而避免浪费大量的时间和内存在处理大规模的影像数据上。另外,考虑到地图的兼容性,本文在道路正射影像地图创建的过程中使用了基于OSM的地图框架。