本發(fā)明涉及汽車(chē)主動(dòng)安全技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于編碼激光與雙目視覺(jué)的輔助駕駛系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

汽車(chē)的普及為越來(lái)越多的人提供了更加便捷的出行方式，然而伴隨著便捷的是交通事故的頻繁發(fā)生，這使更多人的財(cái)產(chǎn)甚至生命安全面臨著嚴(yán)重的威脅。

安全駕駛的實(shí)現(xiàn)很大一部分取決于駕駛員能否在行車(chē)過(guò)程中時(shí)刻保持安全距離,而相對(duì)于人眼結(jié)合經(jīng)驗(yàn)而言，借助物理儀器或裝置來(lái)判斷車(chē)輛與前方障礙的距離將更加準(zhǔn)確。

現(xiàn)代測(cè)距技術(shù)主要有超聲波、雷達(dá)、激光、攝影攝像等四種。其中，攝影攝像測(cè)距因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高、成本較低等諸多優(yōu)勢(shì)而成為研究的熱點(diǎn)。

攝影攝像測(cè)距技術(shù)分為單目視覺(jué)和雙目視覺(jué)兩大類(lèi)，其中雙目視覺(jué)以人眼為原型運(yùn)用仿生學(xué)原理設(shè)計(jì)而成，該測(cè)距方法采用兩個(gè)相同的攝像機(jī)(左、右)同時(shí)對(duì)一場(chǎng)景進(jìn)行圖像采集，然后提取左右圖像中相對(duì)應(yīng)的特征點(diǎn)并匹配其坐標(biāo)，通過(guò)算法計(jì)算出距離信息。

目前公知的雙目視覺(jué)測(cè)距技術(shù)在輔助駕駛上應(yīng)用時(shí)，存在如下問(wèn)題：

一、由于汽車(chē)行駛環(huán)境的不確定性，導(dǎo)致從圖像中提取特征點(diǎn)困難，即攝像機(jī)所采集到的圖像中可能不存在明顯的特征點(diǎn)，此時(shí)所測(cè)距離與真實(shí)距離之間存在較大差異甚至測(cè)距不可實(shí)現(xiàn)。

二、適用性較低。同樣的道路條件下，行車(chē)安全距離很大程度上取決于汽車(chē)的行駛速度，若將安全距離設(shè)置為某一固定值，則測(cè)距裝置可能會(huì)在汽車(chē)不應(yīng)該減速的情況下提醒駕駛員減速慢行，從而干擾了駕駛員的正常操作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于編碼激光與雙目視覺(jué)的輔助駕駛系統(tǒng)及方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，即在處理圖像的過(guò)程中提取特征點(diǎn)困難且預(yù)設(shè)的安全距離未能與多變的車(chē)速相匹配。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的的。

一種基于編碼激光與雙目視覺(jué)的輔助駕駛系統(tǒng)，其特征在于，主要由車(chē)速傳感器、編碼激光源、圖像采集模塊、信號(hào)處理模塊、信號(hào)輸出模塊組成；

所述編碼激光源用于發(fā)出帶有特定編碼且波長(zhǎng)大于800nm的激光，即紅外光，人眼無(wú)法識(shí)別激光光束和光斑；所述編碼激光源裝于車(chē)輛上、能夠照射到車(chē)輛前方的位置；

所述圖像采集模塊包括右側(cè)攝像頭、左側(cè)攝像頭、右側(cè)濾鏡、左側(cè)濾鏡、圖像傳輸線(xiàn)路；右側(cè)攝像頭、左側(cè)攝像頭分別通過(guò)圖像傳輸線(xiàn)路與信號(hào)處理模塊連接；所述右側(cè)攝像頭、左側(cè)攝像頭分別裝于所述編碼激光源兩側(cè)，且光源中心線(xiàn)與右側(cè)攝像頭、左側(cè)攝像頭光軸接近平行；右側(cè)攝像頭、左側(cè)攝像頭分別用于采集捕獲激光束照射在障礙物表面形成光斑的圖像，所述右側(cè)濾鏡、左側(cè)濾鏡分別設(shè)置在右側(cè)攝像頭、左側(cè)攝像頭前方，用于濾除部分可見(jiàn)光，使激光光斑從混雜的光線(xiàn)環(huán)境中分離出來(lái)；所述圖像傳輸線(xiàn)路用于將右側(cè)攝像頭、左側(cè)攝像頭采集的圖像傳輸至信號(hào)處理模塊；

所述車(chē)速傳感器用于實(shí)時(shí)檢測(cè)車(chē)輛的車(chē)速，并將車(chē)速信號(hào)傳輸至信號(hào)處理模塊；

所述信號(hào)處理模塊用于根據(jù)右側(cè)攝像頭、左側(cè)攝像頭采集圖像中光斑的坐標(biāo)、右側(cè)攝像頭與左側(cè)攝像頭光軸的距離L、鏡頭焦距f，計(jì)算激光斑與本車(chē)輛間的距離為本車(chē)輛與前方障礙物間的實(shí)際距離；并根據(jù)本車(chē)輛的車(chē)速給出本車(chē)輛與前方障礙物之間的安全距離S_max；

所述信號(hào)輸出模塊用于比較本車(chē)輛與前方障礙物間的實(shí)際距離和本車(chē)輛與前方障礙物之間的安全距離S_max，并根據(jù)比較結(jié)果發(fā)出警報(bào)。

優(yōu)選地，所述右側(cè)攝像頭、左側(cè)攝像頭均為數(shù)字式攝像頭。

優(yōu)選地，所述編碼激光源、右側(cè)攝像頭、左側(cè)攝像頭裝于車(chē)輛前擋風(fēng)玻璃上、后視鏡之后的位置。

優(yōu)選地，所述右側(cè)攝像頭、左側(cè)攝像頭采用支架相連。

基于編碼激光與雙目視覺(jué)的輔助駕駛方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)編碼激光源發(fā)出帶有特定編碼且波長(zhǎng)大于800nm的激光，在車(chē)輛前方形成激光光斑，右側(cè)攝像頭、左側(cè)攝像頭透過(guò)右側(cè)濾鏡、左側(cè)濾鏡采集激光光斑的圖像，并通過(guò)圖像傳輸線(xiàn)路傳輸至信號(hào)處理模塊；車(chē)速傳感器用于實(shí)時(shí)檢測(cè)車(chē)輛的車(chē)速，并將車(chē)速信號(hào)傳輸至信號(hào)處理模塊；

(2)所述信號(hào)處理模塊根據(jù)右側(cè)攝像頭、左側(cè)攝像頭采集圖像中光斑的坐標(biāo)、右側(cè)攝像頭與左側(cè)攝像頭光軸的距離L、鏡頭焦距f，計(jì)算激光斑與本車(chē)輛間的距離為本車(chē)輛與前方障礙物間的實(shí)際距離；根據(jù)本車(chē)輛的車(chē)速給出本車(chē)輛與前方障礙物之間的安全距離S_max；

(3)信號(hào)輸出模塊比較本車(chē)輛與前方障礙物間的實(shí)際距離和本車(chē)輛與前方障礙物之間的安全距離S_max，并根據(jù)比較結(jié)果發(fā)出警報(bào)。

本發(fā)明的有益效果是：

本系統(tǒng)中使用了編碼激光源，在處理由左右攝像機(jī)捕獲到的圖像時(shí)，可直接以圖像上的激光光斑作為特征點(diǎn)，保證了測(cè)距的可實(shí)現(xiàn)性，提高了測(cè)距效率與測(cè)距精度；對(duì)激光的編碼處理便于濾除其他干擾光斑，為其普及奠定了基礎(chǔ)。根據(jù)不同的車(chē)速范圍設(shè)定不同的行車(chē)安全距離，保證了本測(cè)距裝置的適用性。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的基于編碼激光與雙目視覺(jué)的輔助駕駛系統(tǒng)在車(chē)輛上的布置示意圖。

圖2是本發(fā)明所述的輔助駕駛系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本明所述的輔助駕駛系統(tǒng)的工作流程圖。

圖4是所圖像采集的成像原理圖。

圖5是計(jì)算距離所采用的數(shù)學(xué)模型。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。

本發(fā)明所述的基于編碼激光與雙目視覺(jué)的輔助駕駛系統(tǒng)，本輔助駕駛系統(tǒng)的主體在車(chē)輛上的布置位置選擇在前擋風(fēng)玻璃上、后視鏡之后，如附圖1所示，保證便于實(shí)施測(cè)距的同時(shí)不影響駕駛員正常的視覺(jué)。

所述的基于編碼激光與雙目視覺(jué)的輔助駕駛系統(tǒng)，如圖2所示，主要由車(chē)速傳感器、編碼激光源、圖像采集模塊、信號(hào)處理模塊、信號(hào)輸出模塊組成。

所述編碼激光源用于發(fā)出帶有特定編碼且波長(zhǎng)大于800nm的激光，為不可見(jiàn)光且具有特定的編碼。所述編碼激光源裝于車(chē)輛上、能夠照射到車(chē)輛前方的位置。

所述圖像采集模塊包括右側(cè)攝像頭、左側(cè)攝像頭、右側(cè)濾鏡、左側(cè)濾鏡、圖像傳輸線(xiàn)路；右側(cè)攝像頭、左側(cè)攝像頭分別通過(guò)圖像傳輸線(xiàn)路與信號(hào)處理模塊連接；所述右側(cè)攝像頭、左側(cè)攝像頭分別裝于所述編碼激光源兩側(cè)，且光源中心線(xiàn)與右側(cè)攝像頭、左側(cè)攝像頭光軸接近平行；右側(cè)攝像頭、左側(cè)攝像頭分別透過(guò)濾鏡捕獲采集捕獲激光束照射在障礙物表面形成光斑的圖像，左側(cè)攝像頭與右側(cè)攝像頭采用支架相連。所述右側(cè)濾鏡、左側(cè)濾鏡分別設(shè)置在右側(cè)攝像頭、左側(cè)攝像頭前方，用于濾除部分可見(jiàn)光，使激光光斑從混雜的光線(xiàn)環(huán)境中分離出來(lái)；所述圖像傳輸線(xiàn)路用于將右側(cè)攝像頭、左側(cè)攝像頭采集的圖像傳輸至信號(hào)處理模塊；編碼激光源位于左側(cè)攝像頭與右側(cè)攝像頭之間,且光源中心線(xiàn)與左右鏡頭光軸接近平行；所采用的攝像頭為數(shù)字式攝像頭，其采集的圖像以數(shù)字信號(hào)的形式經(jīng)由圖像傳輸線(xiàn)路傳至信號(hào)處理模塊。

車(chē)速傳感器按現(xiàn)行的布置方式布置即可，所述車(chē)速傳感器用于實(shí)時(shí)檢測(cè)車(chē)輛的車(chē)速，并將車(chē)速信號(hào)傳輸至信號(hào)處理模塊；

所述信號(hào)處理模塊用于根據(jù)右側(cè)攝像頭、左側(cè)攝像頭采集圖像中光斑的坐標(biāo)、右側(cè)攝像頭與左側(cè)攝像頭光軸的距離L、鏡頭焦距f，計(jì)算激光斑與本車(chē)輛間的距離為本車(chē)輛與前方障礙物間的實(shí)際距離；并根據(jù)本車(chē)輛的車(chē)速給出本車(chē)輛與前方障礙物之間的安全距離S_max；

所述信號(hào)輸出模塊用于比較本車(chē)輛與前方障礙物間的實(shí)際距離和本車(chē)輛與前方障礙物之間的安全距離S_max，并根據(jù)比較結(jié)果發(fā)出警報(bào)。

基于編碼激光與雙目視覺(jué)的輔助駕駛系統(tǒng)工作流程如圖3所示，實(shí)施測(cè)距之前，編碼激光源發(fā)射帶有特定編碼且波長(zhǎng)大于800nm的激光，在車(chē)輛前方障礙表面形成激光斑，右側(cè)攝像頭、左側(cè)攝像頭同時(shí)透過(guò)右側(cè)濾鏡、左側(cè)濾鏡采集激光光斑的圖像，圖像采集的成像原理如圖4所示。圖像以數(shù)字信號(hào)的形式經(jīng)由圖像傳輸線(xiàn)路傳至信號(hào)處理模塊。車(chē)速傳感器用于實(shí)時(shí)檢測(cè)車(chē)輛的車(chē)速，并將車(chē)速信號(hào)傳輸至信號(hào)處理模塊。

所述信號(hào)處理模塊根據(jù)右側(cè)攝像頭、左側(cè)攝像頭采集圖像中光斑的坐標(biāo)、右側(cè)攝像頭與左側(cè)攝像頭光軸的距離L、鏡頭焦距f，計(jì)算激光斑與本車(chē)輛間的距離，為本車(chē)輛與前方障礙物間的實(shí)際距離。

假設(shè)攝像頭每秒鐘采集圖像N幀，且在N幀圖像中若某個(gè)具有特定編碼的光斑的出現(xiàn)次數(shù)不小于則認(rèn)為該光斑是由本輔助駕駛系統(tǒng)發(fā)出的激光形成，將其定義為P。即右側(cè)攝像頭、左側(cè)攝像頭采集到的圖像中分別提取到編碼激光斑P_R、P_L。

現(xiàn)結(jié)合圖5說(shuō)明本輔助駕駛系統(tǒng)在計(jì)算距離時(shí)所采用的算法原理：

信號(hào)處理模塊通過(guò)算法匹配編碼激光光斑P在左圖像中的坐標(biāo)P_L(u₁，v₁)、在右圖像中的坐標(biāo)P_R(u₂，v₂)。

已知左右鏡頭光軸的距離L，光斑P在左圖像中的坐標(biāo)P_L(u₁，v₁)、在右圖像中的坐標(biāo)P_R(u₂，v₂)，鏡頭焦距f，信號(hào)處理模塊根據(jù)以上參數(shù)通過(guò)算法計(jì)算出視差(u₁-u₂)，并最終計(jì)算出激光斑P與本車(chē)輛間的距離S。

經(jīng)計(jì)算，光斑P與本車(chē)輛間的距離S為：

$S=\frac{f\·\[L-(u_1-u_2)\]}{u_1-u_2}.$

信號(hào)處理模塊的內(nèi)置算法依據(jù)不同的車(chē)速范圍設(shè)定不同的行車(chē)安全距離S_max，車(chē)速[v₀,v₁)、[v₁,v₂)、[v₂,v₃)...對(duì)應(yīng)的行車(chē)安全距離分別為S₀、S₁、S₂...。假設(shè)經(jīng)速度傳感器測(cè)得車(chē)速在[v₁,v₂)范圍內(nèi)，則信號(hào)處理模塊將行車(chē)安全距離S_max置為S₁。

信號(hào)處理模塊將S與S_max作比較，若S≤S_max，則信號(hào)輸出模塊發(fā)出安全警報(bào)提醒駕駛員減速慢行。

所述實(shí)施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式，但本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出的任何顯而易見(jiàn)的改進(jìn)、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。