專利名稱：基于圖像引導的交通事故現場快速測繪系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及ー種交通事故現場勘測技術領域的系統，具體是ー種基于圖像引導的交通事故現場快速測繪系統。
背景技術：
現有攝影測量軟件如PhotoModeler、iffitness等，主要用于交通事故現場高精度的三維建摸。它們雖然可以大大縮短事故現場數據采集時間，但后續數據處理和繪圖過程比較復雜和費時，難以滿足在事故現場繪制輸出現場圖的要求。這些軟件在操作時一般首先需要對事故現場照片進行復雜的定向處理，然后在照片上描繪出ー些關鍵的點、線和面， 最后只能建立這些關鍵點、線和面的三維模型。由于這些軟件的繪圖和標注功能有限，需要將建好的三維模型導入其它CAD軟件如AutoCAD等才能完成事故現場圖的繪制。在將模型導入其它CAD軟件吋，一方面由于軟件間的不兼容問題會造成數據精度的損失，另ー方面如果模型中包含事故現場圖像的灰度信息，則這些信息將全部丟失，這樣就只能根據建模時用到的一些關鍵點、線和面來完成事故現場圖的繪制。整個操作過程比較復雜和費時，無法滿足在事故現場繪制輸出現場圖的要求。而根據我國公安部標準，交通事故現場圖必須在事故現場繪制，并由事故當事人簽字認可。經對現有技術文獻的檢索發現，中國專利申請號200910049882. X，公開號CN 101556152A，專利名稱交通事故現場圖像數據采集及處理方法。該技術涉及ー種交通事故現場圖像數據信息采集及處理方法，該方法首先通過使用固定機構調節四個激光測距儀的角度，在路面上形成圍繞事故現場特征的四邊形激光標靶。然后用相機拍下帶激光標靶的事故現場照片，記錄激光標靶相對于激光測距儀的距離、拍攝角度等事故現場幾何信息。接著根據簡化的直接線性變換法建立像空間和物方空間的坐標關系，并把事故現場圖像中的所有像素進行圖像變換得到事故現場的正投影圖。最后將處理后帶有尺寸參數的圖像數據轉換為矢量圖格式，并導入AutoCAD軟件中完成事故現場圖的繪制。該方法雖然避免了復雜的三維建模過程，在一定程度上縮短了數據處理時間，但由于采用的是簡化的ニ維直接線性變換公式實現交通事故現場照片的正投影變換，沒有考慮物鏡畸變對圖像像素坐標的影響，因此其測繪精度較低。另ー方面，該方法同樣需要將圖像數據轉換為矢量圖格式，并導入AutoCAD軟件才能完成事故現場圖的繪制，其操作比較復雜費時，也無法滿足在事故現場打印輸出現場圖的要求。此外，該方法在將數據導入AutoCAD軟件吋，同樣會遭遇正投影圖灰度信息全部丟失的問題，也只依靠以前描繪的關鍵點、線等矢量圖信息來完成現場圖的繪制。
發明內容
本發明針對現有技術的不足，提供ー種基于圖像引導的交通事故現場快速測繪系統。使其實現了直接在正投影圖上進行車輛、人體、散落物和剎車痕跡等事故現場信息的繪制和相關尺寸的標注，不但縮短了數據處理和繪圖時間，還能夠滿足在事故現場打印輸出現場圖的要求。本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括五個部分單應性矩陣求解模塊、 空間坐標變換模塊、重采樣模塊、繪圖和標注模塊、文件保存和打印模塊。單應性矩陣求解模塊根據ニ維直接線性變換法，建立事故現場照片圖像平面到實際道路平面的映射關系； 空間坐標變換模塊根據單應性矩陣，恢復事故現場圖像在物方空間的位置信息，并將事故現場范圍縮放到原事故現場照片的尺寸范圍；重采樣模塊恢復事故現場圖像在物方空間的灰度信息，最終實現事故現場照片由透視圖到正投影圖的轉換；繪圖和標注模塊實現直接在正投影圖上進行車輛、人體、散落物和剎車痕跡等事故現場信息的繪制和相關尺寸的標注；文件保存和打印模塊實現事故現場圖的保存和現場打印輸出功能。所述單應性矩陣求解模塊根據控制點的物方空間坐標和像空間坐標，通過ニ維直接線性變換法，建立事故現場照片圖像平面到實際道路平面的映射關系。為保證能夠順利求解單應性矩陣和提高系統測繪精度，應至少在實際道路平面確定四個以上控制點的物方空間坐標。交通事故現場勘測中使用的消費級數碼相機屬于非量測相機，其物鏡畸變較大， 內外方位元素不穩定且未知，因此不能用航空攝影測量中的解析法求解。而直接線性變換法計算中不需要內外方位元素數據，還可以對物鏡畸變進行適當校正，非常適合用來處理非量測相機拍攝的照片。所述空間坐標變換模塊根據單應性矩陣，將事故現場圖像投影到實際道路平面， 恢復事故現場圖像在物方空間的位置信息，并將事故現場范圍縮放到原事故現場照片的尺寸范圍。由于在圖像平面坐標系中，點的位置以像素為基本単位且均為正數，所以如果要將投影區域以圖像的形式顯示出來，首先要保證投影區域內點的坐標值全部為正值。另外，投影區域的坐標值有可能過大而無法用有限的圖像像素表達出來，這還需要對事故現場范圍進行適當縮放。可以首先通過坐標偏移將計算得到的事故現場信息的實際位置坐標全部轉換為正值，然后選擇合適的比例因子將事故現場范圍縮放到原事故現場照片的尺寸范圍。所述重采樣模塊恢復事故現場圖像在物方空間的灰度信息，最終實現事故現場照片由透視圖到正投影圖的轉換。當變換后圖像對應的原事故現場圖像位置恰好位于整數點上吋，直接取原事故現場圖像的灰度值為變換后正投影圖的灰度值；但是，若算得的原事故現場圖像不在整數點上吋，并無現成的灰度值存在。此時，可采用雙三次卷積法把該點周圍整數點位上的灰度值對該點的灰度貢獻積累起來構成該點位新的灰度值。所述繪圖和標注模塊實現直接在正投影圖上進行車輛、人體、散落物和剎車痕跡等事故現場信息的繪制和相關尺寸的標注。該模塊包括兩個子模塊繪圖子模塊和標注子模塊。繪圖子模塊主要實現幾何圖元的繪制和編輯、基本圖符的插入和編輯功能；標注子模塊主要實現尺寸、角度和文字的標注和編輯功能。其中所述幾何圖元的繪制和編輯功能包括a.實現正投影圖上幾何圖元如點、直線、自由曲線、貝塞爾曲線、圓、橢圓、矩形、多邊形、圓弧、橢圓弧等的繪制功能。這些幾何圖元可以用來直接在正投影圖上描繪道路邊緣、剎車痕跡和散落物等事故現場信息。b.幾何圖元繪制結束后可以通過控制點對其進行編輯，實現幾何圖元的平移、旋轉、縮放以及改變形狀的操作；不需要某個幾何圖元吋，可以隨時將其選中，然后執行刪除操作。所述基本圖符的插入和編輯功能包括a.實現正投影圖上事故現場常用圖符如人體、轎車、貨車、客車、卡車、拖拉機、自行車、三輪車、摩托車、電桿、路燈、里程碑、垃圾筒、人行橫道和十字路ロ等的插入功能。通過確定圖符上參照點與正投影圖上相應參照點的對應關系能夠保證圖符精確插入到圖像上合適位置。b.基本圖符插入后可以通過控制點對其進行編輯，實現基本圖符的平移、旋轉、縮放操作；不需要某個基本圖符吋，可以隨時將其選中，然后執行刪除操作。通過在正投影圖上直接插入和編輯基本圖符，能夠大大提高現場繪圖的效率和規范性。所述尺寸的標注和編輯功能包括a.實現正投影圖上直接測繪車輛、人體、散落物的相對位置以及剎車痕跡的長度等尺寸信息。當尺寸線的端點恰好位于正投影圖上已插入圖符的參照點位置吋，可以將尺寸線端點精確定位到該圖符參照點的位置。b.尺寸標注后可以通過控制點對其進行編輯，實現尺寸的平移、旋轉、改變尺寸長度的操作；不需要某個尺寸吋，可以隨時將其選中，然后執行刪除操作。所述角度的標注和編輯功能包括a.實現正投影圖上任意兩條直線段夾角信息的測繪。進行角度標注時需要首先在正投影圖上繪制兩條直線段分別作為角度標注的起始位置和終止位置，然后系統便自動計算它們之間夾角的大小，并進行標注。b.角度標注后可以通過控制點對其進行編輯，實現角度的平移、改變角度大小的操作；不需要某個角度吋，可以隨時將其選中，然后執行刪除操作。所述文字的標注和編輯功能包括a.實現正投影圖上直接標注ー些附加的文字說明信息。標注文字的風格如字體、 大小、加粗、斜體和下劃線等可根據需要進行設置。b.文字標注后可以通過控制點對其進行編輯，實現文字的平移、改變文字字體和內容的操作；不需要某個文字吋，可以隨時將其選中，然后執行刪除操作。所述文件保存和打印模塊實現事故現場圖的保存和現場打印輸出功能。文件保存吋，可以根據用戶選擇將正投影圖及其在它上面繪制的交通事故現場圖保存為矢量圖或位圖。文件打印吋，能夠在事故現場實現交通事故現場圖的打印預覽，井能根據用戶選擇完成現場圖的橫向或縱向輸出打印。與現有技術相比，本發明具有以下優點(1)采用基于圖像引導的繪圖方法直接在正投影圖上進行車輛、人體、散落物和剎車痕跡等事故現場信息的繪制和相關尺寸的標注，可以大大提高事故現場測繪效率，縮短測繪時間，能夠滿足事故現場打印輸出現場圖的要求，從而有利于緩解交通堵塞，促進道路暢通，避免發生次生交通事故。(2)可以進行交通事故現場信息的二次驗證，避免事故現場信息的漏測和錯測，提高了事故現場測繪數據和信息的可靠性和正確性。目前傳統的手工測繪方法在事故現場清除之后，無法對已測繪的事故現場信息進行二次驗證。而本發明中的正投影圖由于保存了事故現場完整的物方空間信息，故可隨時在正投影圖上重新測量或補測ー些有爭議的尺寸，從而實現事故現場信息的二次驗證。(3)避免了復雜的建模過程和矢量圖和位圖之間的相互轉換，縮短了數據處理時間，提高了測繪精度。本發明只需已知實際道路平面上四個以上控制點的物方空間坐標，就能將事故現場照片由透視圖轉換為正投影圖，其操作方便簡單，數據處理時間短。生成的正投影圖可以用來直接繪制現場圖，不需要導入其它CAD軟件進行繪圖，從而避免了數據轉換時精度的損失，提高了測繪精度。(4)提高了現場圖繪制的規范性。目前傳統手工測繪方法采用手工草繪的方式繪制事故現場圖，尺寸標注和事故現場信息繪制因人而異，難以形成ー個統ー的標準。而本發明中現場圖的繪制全部由計算機實現，尺寸標注和事故現場信息繪制都嚴格遵循國家標準，從而大大提高了現場圖繪制的規范性。
圖1本發明系統結構框圖；圖2是本發明中將交通事故現場照片由透視圖轉換為正投影圖的生成過程示意圖；圖3是某次交通事故現場照片；圖4是圖3所示事故照片的正投影圖及事故現場信息測繪示意圖；圖5是繪制的圖3所示事故照片的交通事故現場圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明本實施例以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。如圖1所示，本實施例包括五個部分單應性矩陣求解模塊、空間坐標變換模塊、 重采樣模塊、繪圖和標注模塊、文件保存和打印模塊。單應性矩陣求解模塊根據ニ維直接線性變換法，建立事故現場照片圖像平面到實際道路平面的映射關系；空間坐標變換模塊根據單應性矩陣，恢復事故現場圖像在物方空間的位置信息，并將事故現場范圍縮放到原事故現場照片的尺寸范圍；重采樣模塊恢復事故現場圖像在物方空間的灰度信息，最終實現事故現場照片由透視圖到正投影圖的轉換；繪圖和標注模塊實現直接在正投影圖上進行車輛、人體、散落物和剎車痕跡等事故現場信息的繪制和相關尺寸的標注；文件保存和打印模塊實現事故現場圖的保存和現場打印輸出功能。本實施例的五個模塊之間存在一定的邏輯關系，當前模塊的輸入參數僅依賴于前一個模塊的輸出結果，當前模塊的輸出結果僅可作為下ー個模塊的輸入參數，模塊間按照從前到后的順序依次執行完成系統的總功能。如圖1中的粗箭頭所示，從左到右這五個模塊的先后執行順序依次為單應性矩陣求解模塊、空間坐標變換模塊、重采樣模塊、繪圖和標注模塊、文件保存和打印模塊。下面按照這五個模塊的先后執行順序，對本實施例的具體操作過程和實施步驟作詳細說明1.求解單應性矩陣考慮非線性物鏡畸變差Δχ，Ay和像點觀測誤差νχ，Vy吋，由ニ維直接線性變換基本公式得
權利要求
1.ー種基于圖像引導的交通事故現場快速測繪系統，其特征在干，包括單應性矩陣求解模塊、空間坐標變換模塊、重采樣模塊、繪圖和標注模塊、文件保存和打印模塊；其中 單應性矩陣求解模塊根據ニ維直接線性變換法，建立事故現場照片圖像平面到實際道路平面的映射關系；空間坐標變換模塊根據單應性矩陣，恢復事故現場圖像在物方空間的位置信息，并將事故現場范圍縮放到原事故現場照片的尺寸范圍；重采樣模塊恢復事故現場圖像在物方空間的灰度信息，最終實現事故現場照片由透視圖到正投影圖的轉換；繪圖和標注模塊實現直接在正投影圖上進行事故現場信息的繪制和相關尺寸的標注；文件保存和打印模塊實現事故現場圖的保存和現場打印輸出功能。
2.根據權利要求1所述的基于圖像引導的交通事故現場快速測繪系統，其特征在干， 所述單應性矩陣求解模塊根據控制點的物方空間坐標和像空間坐標，通過ニ維直接線性變換法，建立事故現場照片圖像平面到實際道路平面的映射關系；為保證能夠順利求解單應性矩陣和提高系統測繪精度，應至少在實際道路平面確定四個以上控制點的物方空間坐標。
3.根據權利要求1所述的基于圖像引導的交通事故現場快速測繪系統，其特征在干， 所述空間坐標變換模塊根據單應性矩陣，建立了事故現場照片圖像平面坐標到實際道路平面坐標之間的映射關系，進而可通過空間坐標變換恢復事故現場信息的實際位置坐標；為便于測繪和形象直觀地反映事故現場信息，需要將實際的物方空間信息以正投影圖的形式表達出來，即實現事故現場照片由透視圖到正投影圖的轉換，首先通過坐標偏移將投影計算得到的事故現場信息的實際位置坐標全部轉換為正值，然后選擇合適的比例因子將事故現場范圍縮放到原始事故現場照片的尺寸范圍。
4.根據權利要求3所述的基于圖像引導的交通事故現場快速測繪系統，其特征在干， 所述的坐標偏移量以及比例因子的大小是根據區域的連續性，在圖像平面坐標系中事故現場照片的四個頂點圍成的封閉區域投影到實際道路平面上時必定構成ー塊連續封閉的區域；通過計算投影區域內坐標的極小值點和極大值點的位置來確定偏移量和比例因子的大
5.根據權利要求1所述的基于圖像引導的交通事故現場快速測繪系統，其特征在干， 所述重采樣模塊恢復事故現場圖像在物方空間的灰度信息，最終實現事故現場照片由透視圖到正投影圖的轉換；當變換后圖像對應的原事故現場圖像位置恰好位于整數點上吋，直接取原事故現場圖像的灰度值為變換后正投影圖的灰度值；但是，若算得的原事故現場圖像在整數點上吋，并無現成的灰度值存在，此時，可采用雙三次卷積法把該點周圍整數點位上的灰度值對該點的灰度貢獻積累起來構成該點位新的灰度值。
6.根據權利要求1所述的基于圖像引導的交通事故現場快速測繪系統，其特征在干， 所述繪圖和標注模塊包括兩個子模塊繪圖子模塊和標注子模塊，繪圖子模塊主要實現幾何圖元的繪制和編輯、基本圖符的插入和編輯功能；標注子模塊主要實現尺寸、角度和文字的標注和編輯功能。其中所述幾何圖元的繪制和編輯功能包括a.實現正投影圖上幾何圖元如點、直線、自由曲線、貝塞爾曲線、圓、橢圓、矩形、多邊形、圓弧、橢圓弧的繪制功能；這些幾何圖元可以用來直接在正投影圖上描繪道路邊緣、剎車痕跡和散落物等事故現場信息；b.幾何圖元繪制結束后可以通過控制點對其進行編輯，實現幾何圖元的平移、旋轉、縮放以及改變形狀的操作；不需要某個幾何圖元吋，可以隨時將其選中，然后執行刪除操作；所述基本圖符的插入和編輯功能包括a.實現正投影圖上事故現場常用圖符如人體、轎車、貨車、客車、卡車、拖拉機、自行車、 三輪車、摩托車、電桿、路燈、里程碑、垃圾筒、人行橫道和十字路ロ等的插入功能；b.基本圖符插入后可以通過控制點對其進行編輯，實現基本圖符的平移、旋轉、縮放操作；不需要某個基本圖符吋，可以隨時將其選中，然后執行刪除操作；所述尺寸的標注和編輯功能包括a.實現正投影圖上直接測繪車輛、人體、散落物的相對位置以及剎車痕跡的長度等尺寸信息；b.尺寸標注后可以通過控制點對其進行編輯，實現尺寸的平移、旋轉、改變尺寸長度的操作；不需要某個尺寸吋，可以隨時將其選中，然后執行刪除操作；所述角度的標注和編輯功能包括a.實現正投影圖上任意兩條直線段夾角信息的測繪；進行角度標注時需要首先在正投影圖上繪制兩條直線段分別作為角度標注的起始位置和終止位置，然后系統便自動計算它們之間夾角的大小，并進行標注；b.角度標注后可以通過控制點對其進行編輯，實現角度的平移、改變角度大小的操作； 不需要某個角度吋，可以隨時將其選中，然后執行刪除操作；所述文字的標注和編輯功能包括a.實現正投影圖上直接標注ー些附加的文字說明信息；標注文字的風格如字體、大小、加粗、斜體和下劃線等可根據需要進行設置；b.文字標注后可以通過控制點對其進行編輯，實現文字的平移、改變文字字體和內容的操作；不需要某個文字吋，可以隨時將其選中，然后執行刪除操作。
7.根據權利要求1所述的基于圖像引導的交通事故現場快速測繪系統，其特征在干， 所述文件保存和打印模塊實現事故現場圖的保存和現場打印輸出功能；文件保存吋，可以根據用戶選擇將正投影圖及其在它上面繪制的交通事故現場圖保存為矢量圖或位圖；文件打印吋，能夠在事故現場實現交通事故現場圖的打印預覽，井能根據用戶選擇完成現場圖的橫向或縱向輸出打印。
8.根據權利要求1至7中任一所述的基于圖像引導的交通事故現場快速測繪系統，其特征在干，所述系統采用Visual C++創建的Windows圖形窗ロ用戶界面與用戶進行交互， 將交通事故現場照片由透視圖轉換為正投影圖。
全文摘要
基于圖像引導的交通事故現場快速測繪系統，包括單應性矩陣求解模塊，根據二維直接線性變換法，建立事故現場照片圖像平面到實際道路平面的映射關系；空間坐標變換模塊，根據單應性矩陣恢復事故現場圖像在物方空間的位置信息，并將事故現場范圍縮放到原事故現場照片的尺寸范圍；重采樣模塊，恢復事故現場圖像在物方空間的灰度信息，實現事故現場照片由透視圖到正投影圖的轉換；繪圖和標注模塊，實現直接在正投影圖上進行事故現場信息繪制和相關尺寸標注；文件保存和打印模塊，實現事故現場圖的保存和現場打印輸出功能。本發明不但提高了交通事故現場勘測的精度，縮短了現場數據處理和繪圖時間，還能滿足在事故現場打印輸出現場圖的要求。
文檔編號G01C11/00GK102564403SQ20121000240
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月6日 優先權日2012年1月6日
發明者王小慶, 苗新強, 金先龍, 陳德戶, 韓學源 申請人:上海交通大學