專利名稱：基于立體視覺的主動(dòng)光柵投射傳感器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種基于立體視覺和光柵投射技術(shù)融合的主動(dòng)光柵投射傳感器系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
公路交通事故已成為全世界廣為關(guān)注的嚴(yán)重社會(huì)問題。中國(guó)擁有全世界I. 9%的汽車，引發(fā)的交通死亡事故卻占了全球的15%，成為交通事故最多發(fā)國(guó)家，隨著汽車保有量的不斷上升，交通安全問題日益成為一個(gè)突出的問題。目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)汽車要保持安全行駛狀態(tài)，僅在車尾部安裝倒車?yán)走_(dá)，或者在車內(nèi)安裝安全氣囊，即在汽車發(fā)生事故時(shí)保護(hù)駕駛?cè)藛T。這種系統(tǒng)在事故發(fā)生時(shí)存在諸多缺 點(diǎn)。一、系統(tǒng)發(fā)生作用時(shí)，必然對(duì)駕駛?cè)藛T會(huì)造成一定傷害；二、事故必然會(huì)造成一定的經(jīng)濟(jì)損失，輕則車輛損壞，重則車毀人亡；三、該系統(tǒng)一旦發(fā)生作用就完全報(bào)廢，不能再次使用。在國(guó)內(nèi)外ITS以及IV研究領(lǐng)域中.關(guān)于車輛行駛路徑上的障礙物檢測(cè)研究，提出了許多算法和實(shí)施手段。如雙目CCD、彩色CCD的計(jì)算機(jī)視覺方法和基于激光雷達(dá)的檢測(cè)等方法。然而任何一種有效的障礙物檢測(cè)系統(tǒng)不能只依靠單一傳感器進(jìn)行環(huán)境感知，尤其是在野外環(huán)境下。地形復(fù)雜，高低不平，由此引起車體行駛時(shí)的劇烈顛簸，會(huì)出現(xiàn)比較嚴(yán)重的障礙物漏檢和虛報(bào)現(xiàn)象；如遇到惡劣的天氣狀況，單一傳感器一旦失靈，則整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)也就癱瘓，從而造成安全隱患和危險(xiǎn)。因此，利用多種傳感器信息融合技術(shù)檢測(cè)智能車輛前方障礙物，具有獲得信息量豐富、檢測(cè)魯棒性及正確率高、應(yīng)用范圍廣等諸多優(yōu)點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)目前車輛運(yùn)行中輔助監(jiān)測(cè)的不足，提出一種基于立體視覺的主動(dòng)光柵投射傳感器系統(tǒng)，將其應(yīng)用于車輛障礙物自動(dòng)識(shí)別檢測(cè)和預(yù)警系統(tǒng)，通過直接報(bào)警或者與車輛制動(dòng)裝置連動(dòng)，大幅度降低或減少交通事故發(fā)生的幾率。本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是基于立體視覺的主動(dòng)光柵投射傳感器系統(tǒng)，其特征在于包括有投影單元、采集單元和車載計(jì)算機(jī)單元，所述的投影單元包括有光源、光柵、投影物鏡和聚光鏡，其中，光源的前方設(shè)置有光柵，光柵的前后分別設(shè)置有投影物鏡和聚光鏡；采集單元包括有兩個(gè)CCD，其中CCD位于投影單元的兩側(cè)且對(duì)稱設(shè)置，通過采集單元獲得被測(cè)物體的圖像信息，所述的采集單元與車載計(jì)算機(jī)單元相聯(lián)，車載計(jì)算機(jī)單元處理獲得的被測(cè)物體的圖像信息將其轉(zhuǎn)化為被測(cè)物體的3D信息，判斷被測(cè)物體是否對(duì)車輛行駛造成危害，若會(huì)產(chǎn)生危害則發(fā)出警報(bào)，若駕駛員未做出規(guī)避操作，將授權(quán)車輛制動(dòng)系統(tǒng)米取制動(dòng)動(dòng)作。根據(jù)車型的不同，所采用的CCD與投影單元的夾角是可調(diào)的。而且，CCD所在的平
面與投影單元所在平面一般具有一定的高度差。一種主動(dòng)式智能車用障礙物檢測(cè)方法，其特征在于包括有以下步驟I)先對(duì)圖像坐標(biāo)系、車體坐標(biāo)系和世界坐標(biāo)系進(jìn)行定義；[0010]2)通過投影單元和采集單元找到被測(cè)物體表面任意一點(diǎn)P在CXD中的匹配位置，從而獲得被測(cè)物體的圖像信息； 3)所述的采集單元與車載計(jì)算機(jī)單元相聯(lián)，車載計(jì)算機(jī)單元處理獲得的被測(cè)物體的圖像信息將其轉(zhuǎn)化為被測(cè)物體的3D信息；4)由車載計(jì)算機(jī)處理步驟3)中獲得的被測(cè)物體的3D信息，判斷物體是否對(duì)車輛行駛造成危害，若會(huì)產(chǎn)生危害則發(fā)出警報(bào)，若駕駛員未做出規(guī)避操作，將授權(quán)車輛制動(dòng)系統(tǒng)采取制動(dòng)動(dòng)作?；诠鈻磐队暗木幋a原理，如圖I所示基于立體視覺的主動(dòng)光柵投射傳感器系統(tǒng)的投影單元可以將一組光柵的圖案投射到被測(cè)物體上，并將被測(cè)物體的被測(cè)形面調(diào)制成編碼圖案。編碼圖案經(jīng)車載計(jì)算機(jī)單元可以顯示出幻的《次編碼圖案，形成空間>位二進(jìn)制編碼，則空間上的曲線可對(duì)應(yīng)唯一日位二進(jìn)制編碼。例如，空間直線-的編碼為O…101(直線￡在黑圖案區(qū)為編碼1，在白圖案區(qū)為編碼O)。CXD可根據(jù)這一編碼來確定匹配的光柵曲線。若被測(cè)物體的表面任意一點(diǎn)P在CCD中的投影點(diǎn)位于某一經(jīng)過編碼的光柵曲線上，則在其中一側(cè)的C⑶中的匹配點(diǎn)必在同一編碼的光柵曲線上，于是二維匹配問題可以降為一維匹配，即所需找到的匹配點(diǎn)一定在該經(jīng)編碼的光柵曲線上。在現(xiàn)有的立體視覺成像系統(tǒng)中，存在著一個(gè)非常重要的約束條件，即外極約束。如
圖4所示設(shè)Oil、O,分別為左右CXD的透視中心，它們的連線分別與左右CXD平面相交于外極中心E1、Er點(diǎn)；被測(cè)物體的空間點(diǎn)P與點(diǎn)Oa、O,組成外極平面OsPOb,與左右(XD攝像機(jī)平面相交于外極線SzPl、E&Pg。由于這個(gè)約束，被測(cè)物體的空間點(diǎn)P的匹配位置必定在外極線達(dá)ι ι、上。若已知被測(cè)物體的空間點(diǎn)P在左CXD攝像機(jī)的投射像點(diǎn)P1坐標(biāo)，根據(jù)以上分析，只需找到被測(cè)物體的空間點(diǎn)P在右CCD攝像機(jī)中的外極線斜率，配合經(jīng)過編碼的光柵曲線即可找到被測(cè)物體的空間點(diǎn)P在右CCD攝像機(jī)中的投射像點(diǎn)4的坐標(biāo)。本實(shí)用新型相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是本實(shí)用新型提出一種新的智能車用障礙物檢測(cè)技術(shù)，融合立體視覺與光柵投射傳感技術(shù)，能夠快速精度檢測(cè)到障礙物的方位和大小，可以給車輛準(zhǔn)確的避障信息。提高了目標(biāo)識(shí)別的效率，并為最終系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性提供支持，由于使用多傳感器相結(jié)合的方法使得檢測(cè)效果更加穩(wěn)定精確和更好的魯棒性；使用光柵視覺投射傳感器與雙CCD攝像機(jī)結(jié)合的設(shè)計(jì)，使得系統(tǒng)更加緊湊、經(jīng)濟(jì)性更好，控制較為方便；本實(shí)用新型使得障礙物圖像匹配點(diǎn)的定位和障礙物圖像的匹配精度大大提高，從而大大提高對(duì)障礙物測(cè)量精度。

圖I為本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖I的光柵編碼原理圖；其中(a )第一次編碼示意圖；(b )第二次編碼不意圖；(c )第二次編碼不意圖；(d )第^次編碼不意圖；圖3為本實(shí)用新型的系統(tǒng)流程圖；[0021]圖4為本實(shí)用新型的圖像坐標(biāo)系、車體坐標(biāo)系和世界坐標(biāo)系示意圖；圖5為本實(shí)用新型的求取外極約束條件示意圖。
具體實(shí)施方式
基于立體視覺的主動(dòng)光柵投射傳感器系統(tǒng)，其特征在于包括有投影單元、采集單元和車載計(jì)算機(jī)單元，所述的投影單元包括有光源5、光柵I、投影物鏡3和聚光鏡4，其中，光源的前方設(shè)置有光柵，光柵的前后分別設(shè)置有投影物鏡和聚光鏡；采集單元包括有兩個(gè)(XD2，其中C⑶位于投影單元的兩側(cè)且對(duì)稱設(shè)置，通過采集單元獲得被測(cè)物體的圖像信息，所述的采集單元與車載計(jì)算機(jī)單元相聯(lián)，車載計(jì)算機(jī)單元處理獲得的被測(cè)物體的圖像信息將其轉(zhuǎn)化為被測(cè)物體的3D信息，判斷被測(cè)物體是否對(duì)車輛行駛造成危害，若會(huì)產(chǎn)生危害則發(fā)出警報(bào)，若駕駛員未做出規(guī)避操作，將授權(quán)車輛制動(dòng)系統(tǒng)采取制動(dòng)動(dòng)作。根據(jù)車型的不同，所采用的CCD與投影單元的夾角是可調(diào)的。而且，CCD所在的平面與投影單元所在平面一般具有一定的高度差。 本實(shí)用新型提出了一種基于立體視覺和光柵投射技術(shù)融合的主動(dòng)式障礙物檢測(cè)方法，其首先對(duì)所設(shè)計(jì)的基于立體視覺的主動(dòng)光柵投射傳感器系統(tǒng)進(jìn)行3D標(biāo)定，以建立系統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)與世界坐標(biāo)的關(guān)系；接著基于光柵的編碼原理，如圖1-2所示，投影單元可以將一組光柵的圖案投射到被測(cè)物體上，并將被測(cè)物體的被測(cè)形面調(diào)制成編碼圖案；最后車載計(jì)算機(jī)根據(jù)檢測(cè)所獲得的圖案采取直接報(bào)警或者與車輛制動(dòng)裝置連動(dòng)做出規(guī)避動(dòng)作。本實(shí)用新型的具體的步驟如下(如圖3):I)先定義如下圖像坐標(biāo)系、車體坐標(biāo)系和世界坐標(biāo)系I. I)圖像坐標(biāo)系(I )描述被測(cè)物體的表面任意一點(diǎn)P在左、右CXD獲得的圖像上的投影坐標(biāo)，其向量表不為I)和，·^/;I. 2)車體坐標(biāo)系(M )原點(diǎn)為車體的幾何中心,定義為車輛前進(jìn)方向、匕為橫向方向、2M為高度方
向，在基于立體視覺的主動(dòng)光柵投射傳感器系統(tǒng)的標(biāo)定過程中，根據(jù)攝像機(jī)成像的線性理論，通過測(cè)量3D標(biāo)定板上參考點(diǎn)在車體坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，計(jì)算出以下左右(上角L，R分別代表左，右)相機(jī)的投影矩陣
Γ ι I mBM1 =. (I)
Illl mSl , mB mM _
m匕 ^Mr= ^4 ^⑵由此可推導(dǎo)得被測(cè)物體的表面任意一點(diǎn)P在車體坐標(biāo)系下的齊次坐標(biāo)
與點(diǎn)P的左右圖像像素坐標(biāo)和( 1)的關(guān)系式為[0035]
權(quán)利要求1.基于立體視覺的主動(dòng)光柵投射傳感器系統(tǒng)，其特征在于包括有投影單元、采集單元和車載計(jì)算機(jī)單元，所述的投影單元包括有光源(5)、光柵(I)、投影物鏡(3)和聚光鏡(4)，其中，光源的前方設(shè)置有光柵，光柵的前后分別設(shè)置有投影物鏡和聚光鏡；采集單元包括有兩個(gè)CXD (2)，其中C⑶位于投影單元的兩側(cè)且對(duì)稱設(shè)置，通過采集單元獲得被測(cè)物體的圖像信息，所述的采集單元與車載計(jì)算機(jī)單元相聯(lián)，車載計(jì)算機(jī)單元處理獲得的被測(cè)物體的圖像信息將其轉(zhuǎn)化為被測(cè)物體的3D信息，判斷被測(cè)物體是否對(duì)車輛行駛造成危害。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種主動(dòng)光柵投射傳感器系統(tǒng)，包括有投影單元、采集單元和車載計(jì)算機(jī)單元，所述的投影單元包括有光源、光柵、投影物鏡和聚光鏡，其中，光源的前方設(shè)置有光柵，光柵的前后分別設(shè)置有投影物鏡和聚光鏡；采集單元包括有兩個(gè)CCD，其中CCD位于投影單元的兩側(cè)且對(duì)稱設(shè)置，通過采集單元獲得被測(cè)物體的圖像信息，所述的采集單元與車載計(jì)算機(jī)單元相聯(lián)，本實(shí)用新型相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是能夠快速精度檢測(cè)到障礙物的方位和大小，可以給車輛準(zhǔn)確的避障信息。提高了目標(biāo)識(shí)別的效率，并為最終系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性提供支持，系統(tǒng)更加緊湊、經(jīng)濟(jì)性更好，控制較為方便；匹配精度大大提高，從而大大提高對(duì)障礙物測(cè)量精度。
文檔編號(hào)B60R1/00GK202608712SQ20112053790
公開日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2011年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月21日
發(fā)明者周興林, 陳亮, 鄒蘭林, 呂悅晶 申請(qǐng)人:武漢科技大學(xué)