基于激光和圖像處理的車輛側(cè)傾角動(dòng)態(tài)測(cè)量方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)檢測(cè)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于激光和圖像處理的 車輛側(cè)傾角動(dòng)態(tài)測(cè)量方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 車輛側(cè)傾角是車輛運(yùn)動(dòng)過程中的一個(gè)重要參數(shù)，研究車輛側(cè)傾角的動(dòng)態(tài)變化可以 增加對(duì)車輛運(yùn)動(dòng)規(guī)律的了解，為對(duì)車輛的安全控制策略提供依據(jù)。目前已有不少車輛安全 控制技術(shù)和裝置應(yīng)用到車輛中，例如防抱死剎車系統(tǒng)ABS、車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)VSC等等。這 些裝置的良好運(yùn)行依賴于精確的車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)。另外，車輛側(cè)傾角與車輛載重、車輛質(zhì) 心高度等參數(shù)關(guān)系密切，獲知車輛側(cè)傾角對(duì)了解車輛的整體狀態(tài)具有重要幫助。因此，在實(shí) 時(shí)獲取車輛側(cè)傾角對(duì)車輛的整體控制具有重要作用。
[0003] 目前對(duì)車輛側(cè)傾角的實(shí)時(shí)測(cè)量廣泛采用慣性傳感器，即通過加速度計(jì)和陀螺儀傳 感器分別獲取車輛3個(gè)正交方向的加速度和角速度數(shù)據(jù)。在地心重力的作用下，加速度計(jì)檢 測(cè)到的加速度值隨著車輛側(cè)傾角的變化而變化，由此可以計(jì)算得到車輛側(cè)傾角。但是普通 加速度計(jì)一方面存在靜態(tài)漂移和動(dòng)態(tài)漂移，另一方面數(shù)據(jù)噪聲太大，導(dǎo)致精度低下，從而需 要結(jié)合動(dòng)態(tài)性能較好的陀螺儀傳感器進(jìn)行融合濾波處理。但是，由于慣性傳感器不穩(wěn)定、同 時(shí)受到車輛本身加速度等因素的影響，僅僅使用普通慣性傳感器仍然難以檢測(cè)出比較精確 地車輛側(cè)傾角。而高精度的慣性傳感器采用性能良好的傳感器元件和優(yōu)秀的濾波算法，同 時(shí)結(jié)合GPS差分定位方式來校正誤差，因而精度相對(duì)比較高。但是高精度慣性傳感器價(jià)格高 昂，目前無法獲得廣泛應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服目前車輛慣性傳感器測(cè)量車輛側(cè)傾角精度不夠高和不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，本發(fā) 明提出一種基于激光和圖像處理的車輛側(cè)傾角動(dòng)態(tài)測(cè)量方法，本發(fā)明的測(cè)量單元具有比較 高的精度，而且受車輛運(yùn)動(dòng)的干擾小，能夠有效降低測(cè)量噪聲，同時(shí)數(shù)據(jù)處理和計(jì)算的復(fù)雜 度比較低，能夠?qū)崟r(shí)、便捷計(jì)算車輛的側(cè)傾角。
[0005] 本發(fā)明的又一目的是提出一種基于激光和圖像處理的車輛側(cè)傾角動(dòng)態(tài)測(cè)量裝置。
[0006] 針對(duì)上述問題，本發(fā)明提出以下技術(shù)方案：
[0007] -種基于激光和圖像處理的車輛側(cè)傾角動(dòng)態(tài)測(cè)量方法，包括：
[0008] 成像單元、兩個(gè)線激光光源沿車輛橫向水平并列安裝，激光照射到地面的紅色線 型光斑平行于車輛縱向，各測(cè)量組件與車輛形成一種特殊的幾何關(guān)系；
[0009] 成像單元拍攝兩個(gè)激光光源打在地面的紅色線型光斑，并傳輸圖像到處理單元， 激光光源和成像單元安裝在車輛外部，且激光及成像單元中軸線均與地面垂直。對(duì)激光光 源、成像單元進(jìn)行校準(zhǔn)；
[0010] 處理單元對(duì)激光圖像進(jìn)行分析計(jì)算，得到車輛側(cè)傾角；
[0011] 所述處理單元對(duì)車輛側(cè)傾角的分析計(jì)算過程為:根據(jù)激光光源、成像單元、地面光 斑與車輛之間的幾何關(guān)系得到運(yùn)算關(guān)系式;處理單元從視頻流中讀取出每一幀圖像;抽取 圖像中的某些行的像素?cái)?shù)據(jù)，做二值化處理，識(shí)別出激光圖線上的某些像素點(diǎn);根據(jù)激光圖 線上的像素點(diǎn)得到各激光光線在圖像上的直線表達(dá)式，從而得到兩條激光圖線的像素距 離；由激光圖線的像素距離及相關(guān)幾何關(guān)系式計(jì)算車輛側(cè)傾角。
[0012] 本發(fā)明的工作原理:折線AB⑶E為簡(jiǎn)化的車輛三自由度側(cè)傾模型。激光光源、地面 激光光線、成像單元與車輛之間形成一種幾何測(cè)量模型。當(dāng)車輛無側(cè)傾時(shí)，激光照射到地面 上的兩道線型光斑的距離為JF，兩道激光在圖像上的距離為h。當(dāng)車輛發(fā)生側(cè)傾時(shí)，兩道激 光圖線的距離為1 2。根據(jù)成像原理，有t = @，根據(jù)幾何關(guān)系有i，其中 ^=c+^b-(〇+州anfK令根據(jù)以上各式可以得到由于 車輛側(cè)傾角一般小于10°，當(dāng)-f s Wf (對(duì)應(yīng)角度-30°~30°)時(shí)有，·，因此可以得到 簡(jiǎn)化的車輛側(cè)傾角計(jì)算表達(dá)式0?^^。根據(jù)簡(jiǎn)化后的表達(dá)式，只需要標(biāo)定AC = a+b及 CE = c+d及l(fā)i為需要標(biāo)定的值。載車輛運(yùn)動(dòng)側(cè)傾時(shí)，從圖像上實(shí)時(shí)計(jì)算h，得到k，代入車輛側(cè) 傾角計(jì)算表達(dá)式得到車輛側(cè)傾角度。假設(shè)成像單元安裝在位置A的時(shí)候，則同理可得到計(jì)算 車輛側(cè)傾角的表達(dá)式為了方便說明，下文只討論成像單元安裝在B點(diǎn)的情 kb 況。
[0013] 本發(fā)明使用激光光源來發(fā)出信號(hào)信息，由于激光具有直線傳播的特性，具有很高 的精度和穩(wěn)定性，不受車輛加速度等因素的影響，因此照射到地面的光線信號(hào)能夠比較精 確地反映車輛側(cè)傾角。成像單元通過攝影的方式不斷的拍攝得到激光信號(hào)信息。由于成像 單元與激光光源基本保持相對(duì)靜止，因而拍攝的圖像不會(huì)產(chǎn)生明顯模糊。在圖像處理過程 中只抽取某些行的像素來提取激光圖線，同時(shí)車輛側(cè)傾角計(jì)算表達(dá)式簡(jiǎn)單，輸入變量少，因 此運(yùn)算速度比較快，實(shí)時(shí)性良好。
[0014] 一種基于激光和圖像處理的車輛側(cè)傾角動(dòng)態(tài)測(cè)量裝置，包括以下幾個(gè)部分:獨(dú)立 的兩個(gè)激光光源；電連接的成像單元和處理單元;激光光源和成像單元沿車輛橫向水平并 排，安裝于車體的底部，光源中軸線垂直于路面;成像單元垂直于路面拍攝照射到地面的線 型激光光斑;成像單元不斷從圖像中提取出激光信號(hào)信息，實(shí)時(shí)計(jì)算車輛側(cè)傾角。
[0015] 其中處理單元對(duì)圖像的處理分析和計(jì)算過程主要包括:從成像單元讀取每一幀圖 像數(shù)據(jù);抽取出圖像中的某些行的像素?cái)?shù)據(jù)并做二值化處理，提取出激光圖線上的像素點(diǎn)； 根據(jù)像素點(diǎn)計(jì)算出每道激光圖線的直線表達(dá)式并計(jì)算出其像素距離;把激光圖線的像素距 離代入車輛側(cè)傾角計(jì)算表達(dá)式得到車輛側(cè)傾角。
[0016] 與目前常用的車輛側(cè)傾角檢測(cè)技術(shù)相比，本檢測(cè)方案的特點(diǎn)在于:采用激光作為 輸出信號(hào)，有效降低噪聲干擾，提高檢測(cè)精度;激光光源、成像單元等和車體之間形成一種 便于計(jì)算的幾何關(guān)系;成像單元能夠比較精確地檢測(cè)到地面激光光線隨著車輛側(cè)傾的變化 量;處理單元通過快速的圖像處理和簡(jiǎn)單運(yùn)算可以實(shí)時(shí)、便捷地得到車輛側(cè)傾角。
【附圖說明】
[0017] 圖1是本發(fā)明中車輛側(cè)傾角測(cè)量裝置的流程圖。
[0018] 圖2是本發(fā)明車輛側(cè)傾角測(cè)量過程中信號(hào)傳遞流程圖。
[0019] 圖3是車輛側(cè)傾示意圖。
[0020] 圖4是一種常用的車輛三自由度側(cè)傾模型，是對(duì)圖1車輛側(cè)傾的簡(jiǎn)化。
[0021]圖5是本發(fā)明為方便計(jì)算而采用的一種三維正交坐標(biāo)系，其中坐標(biāo)原點(diǎn)位于水平 面，并且處于車輛四個(gè)輪的中心位置。X軸指向車輛縱向，即車輛前進(jìn)方向。Y軸指向車輛前 進(jìn)方向的左側(cè)，即車輛橫向。Z軸垂直于Χ0Υ平面，即垂直于地面。
[0022] 圖6是本發(fā)明構(gòu)建的一種計(jì)算車輛側(cè)傾角的幾何模型。其中，折線ABCDE為簡(jiǎn)化的 車輛三自由度側(cè)傾模型，D位于車體的側(cè)傾旋轉(zhuǎn)軸上，A、B、C均位于車體上，延車輛橫向水平 安裝。A、B兩點(diǎn)為兩個(gè)線激光光源的位置，成像單元也安裝于B點(diǎn)。。每個(gè)激光光源以β大小的 發(fā)射角垂直向下發(fā)出激光，打在地面光線m、n分別與X軸平行，即X| |m| |n<J、F分別為m、n上 的點(diǎn)，JF平行于Y軸，是激光光源照射到地面上的兩道線型光斑的距離。輔助虛線AH垂直于 AB并且經(jīng)過J點(diǎn)。輔助虛線BG垂直于AB并且經(jīng)過F點(diǎn)。AH、BG長(zhǎng)度保持h不變，即h = c+d。I為直 線BJ和HG的交點(diǎn)。AB、BC、CD、DE長(zhǎng)度分別為a、b、c、d。
[0023] 圖7是本發(fā)明中車輛側(cè)傾后的幾何模型，Φ為車輛側(cè)傾角。由于激光光源位置固定 不變，并且輔助虛線AH、BG長(zhǎng)度保持，當(dāng)車輛發(fā)生角度為Φ的側(cè)傾后，J、F、I、H、G位置發(fā)生相 應(yīng)變化。
[0024]圖8中的紅色亮線是成像單元拍攝到的兩個(gè)線激光光源照射到地面的兩道相互平 行的線型光斑。
[0025]圖9是處理單元對(duì)拍攝到的圖像進(jìn)行二值化處理后的圖像。
[0026]圖10紅色直線是處理單元提取出來的激光線，1為兩激光圖線之間的距離。
[0027] 附圖中的示例性說明只是本發(fā)明的一種【具體實(shí)施方式】，不能理解為對(duì)本專利的限 制。附圖中某些組件的尺寸縮放、型號(hào)選取及其他任何微小調(diào)整均屬于本專利的權(quán)利范疇 之內(nèi)。本發(fā)明中的某些非關(guān)鍵性細(xì)節(jié)沒有--詳述，但不影響對(duì)本發(fā)明的理解及權(quán)利要求。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 為了更好地理解本發(fā)明專利，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施案例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案 做進(jìn)一步的說明。<