專利名稱：一種基于雙攝像頭的實(shí)時(shí)實(shí)景匹配車載導(dǎo)航裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于車載導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于雙攝像頭的實(shí)時(shí)實(shí)景匹配車載導(dǎo)航裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有便攜式車載導(dǎo)航裝置一般是通過簡化的地圖模型進(jìn)行導(dǎo)航的。導(dǎo)航儀中的地圖模型通常是把俯視角度的實(shí)景地圖進(jìn)行一系列的簡化和修整，只保留主要干道和重要的建筑物，忽略道路邊細(xì)節(jié)，這樣就能大大減少地圖的信息量，方便導(dǎo)航儀存儲和保證顯示的及時(shí)性。在導(dǎo)航的過程的，當(dāng)前位置通過GPS全球定位來確定，目的地則通過用戶輸入，然后在地圖上搜索出相應(yīng)的地點(diǎn)。接著根據(jù)地圖上的道路信息，計(jì)算出當(dāng)前位置到目的地的路徑，然后開始導(dǎo)航，這就是現(xiàn)有的導(dǎo)航系統(tǒng)的工作過程。應(yīng)用簡化的地圖模型有一定的優(yōu)勢:信息量相對較少，方便儲存；能快速顯示和切換，對主要道路情況顯示清晰及時(shí)；指向明確，用戶可輕松得到指示等。這種地圖模型能滿足用戶日常的需求，在道路不太復(fù)雜的情況下指向明確，走錯(cuò)的概率很低，因此也成為了市面上主流的導(dǎo)航配置。簡化的地圖模型對主要干道的導(dǎo)航能發(fā)揮很好的作用，但在有多條分支，路況復(fù)雜的地段，這種地圖提供的信息非常有限，因此用戶常常不能得到準(zhǔn)確的指示。比如在有多個(gè)路口的環(huán)形干道上，用戶常常會因?yàn)橄噜徛房诳康锰咤e(cuò)道路。造成這種失誤的原因，一種可能是簡化的地圖忽視了某些較小的路口，造成地圖顯示信息與實(shí)際不符，另一種可能是因?yàn)槁房谥g距離太短，定位精度不能區(qū)分出當(dāng)前的轉(zhuǎn)向。另外，隨著城市道路的快速發(fā)展，道路已經(jīng)形成了立體發(fā)展的趨勢，高架橋在許多城市已經(jīng)成為重要的道路方式。然而由于GPS是通過經(jīng)緯度來實(shí)現(xiàn)平面定位的，對于同一經(jīng)緯度上的海拔高度是無法區(qū)分的，因此常常會出現(xiàn)在高架橋上導(dǎo)航信息錯(cuò)亂的情況，其原因就是導(dǎo)航儀無法準(zhǔn)確判斷當(dāng)前位置。另外，一些路邊的的障礙，道路的施工改建等，也在一定程度上影響導(dǎo)航的質(zhì)量。因此，用戶希望一種實(shí)時(shí)的實(shí)景導(dǎo)航地圖。但實(shí)景地圖導(dǎo)航實(shí)現(xiàn)的難度很大，首先地圖信息量太大，要浪費(fèi)大量的空間去儲存；其次，因?yàn)閷?shí)景畫面上信息量太多，道路指向不清晰等，在實(shí)景影像上計(jì)算導(dǎo)航指向難度大，計(jì)算復(fù)雜。綜述上面的原因，實(shí)景導(dǎo)航技術(shù)還處于開發(fā)研究階段，要實(shí)現(xiàn)實(shí)景導(dǎo)航，則需要想辦法克服以上困能。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型針對現(xiàn)有導(dǎo)航系統(tǒng)存在的無法定位高架橋等多層道路結(jié)構(gòu)的正確位置，對道路的改建和修整不能及時(shí)反映等問題，提出了一種基于雙攝像頭的實(shí)時(shí)實(shí)景匹配車載導(dǎo)航裝置。本實(shí)用新型在普通的導(dǎo)航地圖導(dǎo)航的基礎(chǔ)上，采用普通攝像頭和紅外攝像頭結(jié)合的方法，通過普通攝像頭采集實(shí)時(shí)影像顯示在導(dǎo)航儀屏幕，紅外攝像頭采集的圖像則與原有的導(dǎo)航地圖進(jìn)行匹配，因此就可以把導(dǎo)航地圖上的導(dǎo)航指示映射到實(shí)景圖上，完成實(shí)景導(dǎo)航。本實(shí)用新型可以避免占用大量的儲存空間來儲存實(shí)景地圖，計(jì)算量少，響應(yīng)快，成本低。本實(shí)用新型通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)?！N基于雙攝像頭的實(shí)時(shí)實(shí)景匹配車載導(dǎo)航裝置，其包括貼片式顯示器及顯示器驅(qū)動單元模塊，控制存儲處理單元模塊，導(dǎo)航信息接收天線模塊，彩色攝像頭，紅外攝像頭、USB輸出模塊和電源模塊；其中控制處理存儲單元模塊包括控制處理器、存儲器、外部控制開關(guān)和麥克風(fēng)，所述導(dǎo)航信息接收天線模塊，彩色攝像頭，紅外攝像頭、USB輸出模塊、電源模塊、存儲器、外部控制開關(guān)和麥克風(fēng)均分別與控制處理器連接，所述彩色攝像頭，紅外攝像頭用于采集當(dāng)前的道路信息，所述控制處理存儲單元模塊在非實(shí)景地圖模式下能根據(jù)用戶當(dāng)前的位置通過GPS定位系統(tǒng)進(jìn)行導(dǎo)航，并能將彩色攝像頭和紅外攝像頭采集的圖像與非實(shí)景地圖進(jìn)行匹配，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)實(shí)景匹配導(dǎo)航。進(jìn)一步的，所述彩色攝像頭和紅外攝像頭均采用模塊式封裝，位于整個(gè)裝置的背部，并且水平緊靠排列。進(jìn)一步的，所述外部控制開關(guān)包括“電源開關(guān)”、“顯示信息開關(guān)”、“語音輸入開關(guān)”和“語音設(shè)置開關(guān)”按鍵，分別用于完成開關(guān)機(jī)、選擇是非實(shí)景地圖導(dǎo)航顯示還是實(shí)景地圖導(dǎo)航顯示、是否用語音控制和是否設(shè)置控制語音命令。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)有:1.裝置簡單，可在現(xiàn)有的導(dǎo)航裝置上擴(kuò)展功能，成本低。2.解決高架橋等多層道路結(jié)構(gòu)無法定位的問題，實(shí)現(xiàn)高架橋?qū)Ш降臏?zhǔn)備定位。3.能及時(shí)反映道路的改建情況，記錄并輸出新的道路信息。4.實(shí)景導(dǎo)航采用創(chuàng)新的匹配方法，克服了傳統(tǒng)實(shí)景導(dǎo)航存儲成本高，路徑計(jì)算困難的問題。5.采用雙攝像頭設(shè)計(jì)，既降低了匹配算法的復(fù)雜度和計(jì)算量，保證實(shí)時(shí)性；同時(shí)采用紅外攝像頭，對夜間實(shí)景導(dǎo)航的實(shí)現(xiàn)提供了保障。6.本裝置成本低，設(shè)計(jì)簡單，可通過傳統(tǒng)的導(dǎo)航裝置改造而成，降低了設(shè)計(jì)成本。
圖1是實(shí)施方式中導(dǎo)航裝置的主要組成框圖。圖2是實(shí)施方式中導(dǎo)航裝置的背面示意圖。圖3是實(shí)施方式中導(dǎo)航裝置的二維地圖顯示模式下的多層道路導(dǎo)航示意圖。圖4是實(shí)施方式中導(dǎo)航裝置實(shí)景地圖匹配和實(shí)景圖顯示流程圖。圖5是實(shí)施方式中導(dǎo)航裝置實(shí)景導(dǎo)航具體流程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)例對本實(shí)用新型的實(shí)施作進(jìn)一步說明，但本實(shí)用新型的實(shí)施和保護(hù)不限于此。本實(shí)施方式導(dǎo)航裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。本裝置包括貼片式顯示器及顯示器驅(qū)動單元模塊I，控制存儲處理單元模塊2，導(dǎo)航信息接收天線模塊3，彩色攝像頭4，紅外攝像頭5、USB輸出模塊6和電源模塊7。其中控制處理存儲單元模塊2由控制處理器、存儲器、外部控制開關(guān)和麥克風(fēng)組成。其中外部控制開關(guān)鍵有“電源開關(guān)”、各類“顯示信息”開關(guān)、“語音輸入”和“語音設(shè)置”等五類開關(guān)，分別完成開機(jī)、選擇是非實(shí)景地圖導(dǎo)航顯示還是實(shí)景地圖導(dǎo)航顯示等其它信息顯示、是否用語音控制和是否設(shè)置控制語音命令等功能。本裝置中的彩色攝像頭4和紅外攝像頭5均采用模塊式封裝，減少裝置的整體體積。由于需要同時(shí)采集同一實(shí)景，所以這兩個(gè)單元必須放置在裝置的背部，并且水平排列，這樣當(dāng)本實(shí)用新型裝置在使用過程中，顯示屏是正對用戶的，而兩攝像頭則對著行駛方向的正前方，采集當(dāng)前的道路信息，并且由于兩攝像頭水平緊靠排列，所以其采集到的圖像只存在水平位移的差別，通過簡單處理就能找到兩圖像的中心重合部分。裝置中的USB輸出模塊6采用標(biāo)準(zhǔn)USB2.0接口，負(fù)責(zé)將存儲的新道路信息輸出到上位機(jī)，方便用戶查看和記錄。本裝置在導(dǎo)航過程中，若出現(xiàn)實(shí)景和原導(dǎo)航地圖匹配不成功的情況，系統(tǒng)會自動計(jì)算并判斷是否存在新路徑并記錄當(dāng)前相關(guān)數(shù)據(jù)，用戶可通過USB模塊輸出。本實(shí)施方式中，裝置總體形狀為一個(gè)貼片式超薄長方體，其背面示意圖如圖2所示。正面為顯示界面和控制開關(guān)組成；背面由兩個(gè)攝像頭，單獨(dú)天線接收模塊、電路模塊和電源模塊組成。整個(gè)裝置超薄輕巧，因而能夠很容易安全地固定在駕駛員比較方便觀看的位置，比如貼在方向盤前面的面板或擋風(fēng)玻璃等位置上。本裝置包括兩種導(dǎo)航顯示模式:一是非實(shí)景地圖導(dǎo)航，二是實(shí)時(shí)的實(shí)景地圖導(dǎo)航。本裝置的第一個(gè)顯示模式為非實(shí)景地圖導(dǎo)航模式，顯示上與市面一般的導(dǎo)航儀基本一致。非實(shí)景地圖預(yù)先儲存在導(dǎo)航儀內(nèi)，地圖的更新可通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行或者用戶自行下載更新包并燒錄到導(dǎo)航儀中。目前市面上有多款非實(shí)景地圖導(dǎo)航地圖可免費(fèi)使用，所以本系統(tǒng)選擇其中一款移植即可，地圖的路徑計(jì)算和信息也非常成熟，不需要進(jìn)行額外的改進(jìn)。本實(shí)用新型裝置的非實(shí)景導(dǎo)航模式結(jié)合現(xiàn)有的導(dǎo)航系統(tǒng)和本系統(tǒng)獨(dú)創(chuàng)的實(shí)景匹配模式，解決了現(xiàn)有導(dǎo)航系統(tǒng)無法定位高架橋的問題，并能主動發(fā)現(xiàn)和存儲新道路信息。在非實(shí)景地圖模式下，本裝置工作方式流程如下:用戶當(dāng)前的位置通過導(dǎo)航儀中的GPS定位系統(tǒng)確定，用戶需要輸入目的地，然后地圖會自動計(jì)算出行駛路徑并根據(jù)路徑進(jìn)行導(dǎo)航。同時(shí)本裝置會自動識別并開啟實(shí)景匹配功能。實(shí)景匹配工作過程如下:系統(tǒng)在后臺自動打開紅外攝像頭，紅外攝像頭采集當(dāng)前的影像并傳輸?shù)娇刂苾Υ鎲卧K，控制單元接收到紅外攝像頭的影像信息后進(jìn)行分析。由于道路和道路旁都有明顯的隔絕帶，其溫度差距較為明顯，在紅外畫面上就體現(xiàn)得非常明顯，因此可以通過簡單的灰度值劃分來得到道路的輪廓。首先選中畫面中心偏下的一個(gè)小區(qū)域，將區(qū)域內(nèi)所有點(diǎn)的灰度值作平均，得到灰度值D。，然后設(shè)定路面灰度值差系數(shù)K，對整個(gè)圖像將灰度值范圍在(De-K, Dc+K)范圍內(nèi)與范圍外的點(diǎn)的灰度值二極化，則可得到道路的輪廓。由于本裝置在導(dǎo)航時(shí)，紅外攝像頭始終是對著正前方路面，因此其采集到的圖像中心偏下的一定是道路，因此我們可以通過簡單的選取這一范圍內(nèi)的部分作平均值代表道路的灰度值。至于K的選取與路面的溫差有關(guān)，但由于路面溫差一般較小，因此K不必選太大的值(具體可根據(jù)實(shí)際情況簡單選定)。具體的實(shí)現(xiàn)流程如圖4所示。通過紅外影像提取道路輪廓后，下一步就是與預(yù)先存儲的非實(shí)景地圖進(jìn)行匹配。由于非實(shí)景地圖色調(diào)單一，而經(jīng)處理后的紅外圖像輪廓清晰，因此可以通過簡單的基于灰度值重合算法實(shí)現(xiàn)匹配。取非實(shí)景地圖當(dāng)前位置的MXN范圍作為基準(zhǔn)模板，并作二值化處理，得到基于非實(shí)景地圖的道路輪廓圖P1，并記下當(dāng)前導(dǎo)航指向標(biāo)志的坐標(biāo)位置DP(DP為一個(gè)坐標(biāo)集合)。將處理后的紅外圖像按比例d伸縮成MXN大小，作為目標(biāo)模板，記為P2。通過式(I)計(jì)算P1與P2的灰度值重合度P:
權(quán)利要求1.種基于雙攝像頭的實(shí)時(shí)實(shí)景匹配車載導(dǎo)航裝置，其特征在于包括貼片式顯示器及顯示器驅(qū)動單元模塊(1)，控制存儲處理單元模塊(2)，導(dǎo)航信息接收天線模塊(3)，彩色攝像頭(4)，紅外攝像頭(5)、USB輸出模塊(6)和電源模塊(7);其中控制處理存儲單元模塊(2)包括控制處理器、存儲器、外部控制開關(guān)和麥克風(fēng)，所述導(dǎo)航信息接收天線模塊(3)，彩色攝像頭(4)，紅外攝像頭(5 )、USB輸出模塊(6 )、電源模塊(7 )、存儲器、外部控制開關(guān)和麥克風(fēng)均分別與控制處理器連接，所述彩色攝像頭(4)，紅外攝像頭(5)用于采集當(dāng)前的道路信息，所述控制處理存儲單元模塊(2)在非實(shí)景地圖模式下能根據(jù)用戶當(dāng)前的位置通過GPS定位系統(tǒng)進(jìn)行導(dǎo)航，并能將彩色攝像頭(4)和紅外攝像頭(5)采集的圖像與非實(shí)景地圖進(jìn)行匹配，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)實(shí)景匹配導(dǎo)航。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙攝像頭的實(shí)時(shí)實(shí)景匹配車載導(dǎo)航裝置，其特征在于所述彩色攝像頭(4)和紅外攝像頭(5)均采用模塊式封裝，位于整個(gè)裝置的背部，并且水平緊靠排列。
3.據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙攝像頭的實(shí)時(shí)實(shí)景匹配車載導(dǎo)航裝置，其特征在于所述外部控制開關(guān)包括“電源開關(guān)”、“顯示信息開關(guān)”、“語音輸入開關(guān)”和“語音設(shè)置開關(guān)”按鍵，分別用于完成開關(guān)機(jī)、選擇是非實(shí)景地圖導(dǎo)航顯示還是實(shí)景地圖導(dǎo)航顯示、是否用語音控制和是否設(shè)置控制語音命令。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種基于雙攝像頭的實(shí)時(shí)實(shí)景匹配車載導(dǎo)航裝置。所述導(dǎo)航方法在普通的導(dǎo)航地圖導(dǎo)航的基礎(chǔ)上，采用普通攝像頭和紅外攝像頭結(jié)合的方式，通過普通攝像頭采集實(shí)時(shí)影像顯示在導(dǎo)航儀屏幕，紅外攝像頭采集的圖像則與原有的導(dǎo)航地圖進(jìn)行匹配，因此就可以把導(dǎo)航地圖上的導(dǎo)航指示映射到實(shí)景圖上，完成實(shí)景導(dǎo)航。所述裝置包括貼片式顯示器及顯示器驅(qū)動單元模塊，控制存儲處理單元模塊，導(dǎo)航信息接收天線模塊，彩色攝像頭，紅外攝像頭、USB輸出模塊和電源模塊；所述彩色攝像頭和紅外攝像頭均與導(dǎo)航裝置的控制處理器連接。本實(shí)用新型裝置結(jié)構(gòu)簡單，可以避免占用大量的儲存空間來儲存實(shí)景地圖，計(jì)算量少，響應(yīng)快，成本低。
文檔編號G01C21/30GK202928589SQ20122063292
公開日2013年5月8日 申請日期2012年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月26日
發(fā)明者寧更新, 樊國勇, 韋崗, 張軍 申請人:華南理工大學(xué)