CN102653260A - 汽车定点定位引导系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车定点定位引导系统，包括信息采集装置、图像处理识别装置和合成输出视频装置，信息采集装置包括摄像机定标模块、倒车视频信息实时采集模块和车辆方向信息实时采集模块，图像处理识别装置包括图像预处理模块和图像识别模块，合成输出视频装置包括视频信息输出模块、视频信息提示模块和视频图形合成输出模块，摄像机定标模块与倒车视频信息实时采集模块连接，倒车视频信息实时采集模块与图像预处理模块连接，图像预处理模块分别与图像识别模块、视频信息输出模块连接，视频信息输出模块与视频图形合成输出模块连接，车辆方向信息实时采集模块与图像识别模块连接，图像识别模块连接与视频信息提示模块连接，视频信息提示模块与视频图形合成输出模块连接。

Description

汽车定点定位引导系统

技术领域

本发明涉及汽车倒车辅助技术，尤其涉及一种汽车定点定位引导系统。

背景技术

目前市场上有雷达、视频提示等倒车辅助系统/装置。倒车雷达是利用雷达测试发射雷达信号与障碍物的距离，当距离小于某预先设置的数值时，利用音频信息提示驾驶员。如中国第200920051257.4号实用新型专利公开了一种倒车报警雷达，该雷达是由主控制器模块、超声波距离监测模块、ＬＥＤ灯光指示模块、蜂鸣报警模块组成，其中，主控制器模块是由单片机、晶振电路模块、下载输入接口模块构成，单片机采用ＡＴ８９Ｓ５１；超声波距离监测模块设有五个，五个超声波距离监测模块分别设在车尾的中部、左部、右部、左上部、右上部的位置；ＬＥＤ灯光指示模块障碍物具体的方位。该倒车报警雷达提高了倒车时的安全性，为驾驶员倒车操作提供了极大的便利。

而视频提示信息则仅仅是将车后的视频信息显示给驾驶员，有的产品则根据方向盘的转向，在视频上叠加倒车时的预测路径的方向。如中国第200920138131.0号实用新型专利公开了一种倒车视频装置，包括安装于车中便于驾驶者观察的显示屏幕以及安装于车尾的摄像头，显示屏幕与摄像头均通过控制电路电连接，为了能够看到车尾后方较大的范围，所述的摄像头为分别位于车尾左右两边的两个，显示屏幕为可分别显示左右摄像头所拍摄图像的两个。该倒车视频装置使驾驶者可以看到车后方１８０度更广的范围，提高了驾驶者驾车时的方便性。

但是，上述现有技术在定点停车过程中难以及时给予驾驶员更加准确的信息，比如离目标有多远，方向盘的转向和该转的角度，以达到定点准确停车的目的。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种汽车定点定位引导系统，解决了单眼视精确测距的问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种汽车定点定位引导系统，包括信息采集装置、图像处理识别装置和合成输出视频装置，所述信息采集装置包括摄像机定标模块、倒车视频信息实时采集模块和车辆方向信息实时采集模块，所述图像处理识别装置包括图像预处理模块和图像识别模块，所述合成输出视频装置包括视频信息输出模块、视频信息提示模块和视频图形合成输出模块，摄像机定标模块与倒车视频信息实时采集模块连接，倒车视频信息实时采集模块与图像预处理模块连接，图像预处理模块分别与图像识别模块、视频信息输出模块连接，视频信息输出模块与视频图形合成输出模块连接，车辆方向信息实时采集模块与图像识别模块连接，图像识别模块连接与视频信息提示模块连接，视频信息提示模块与视频图形合成输出模块连接。

优选地，所述车辆方向信息实时采集模块利用方向盘角度传感器或者转向轮的转向角度传感器采集信息。

优选地，所述倒车视频信息实时采集模块利用摄像机，将3D空间的点投影变换到图像平面空间，将得到的图像数据存储到内存。

优选地，摄像机坐标系（Xc,Yc,Zc）为图像平面中心为原点的三位空间坐标系，成像中的空间系（x，y）则是图像平面坐标，f为焦距，针孔成像式如下：                                                

。

优选地，所述图像预处理模块抽出识别目标物，所述图像识别模块抽出所述识目标物的中心和进行精确定位。

优选地，所述图像预处理模块抽出识别目标物利用二值化图像数据得到，所述图像识别模块利用边缘检测，抽取边缘，再经二值化处理得到边缘点序列（x_i，y_i），i=1,2，，，N，利用霍夫变换检测直线，直线方程在极坐标中表示如下：

， 其中

分别代表直线到原点的垂直距离和轴到直线垂线的角度，找到边缘点（x_i，y_i），i=1,2，，，N后，有N个方程

，每个方程映射到

平面为一条余弦曲线，N条曲线相交于

为直线的参数；根据已知的焦距f、摄像机移位和高度（X0，Y0）、摄像机角度矩阵T以及成像原理，得到目标停车点成像后在图像中的固定坐标(ix, iy)，根据对识别目标物进行的直线检测，得到交叉点（ox, oy）并得到其对应参照坐标系中的坐标（X，0，Z），当

成立时，给出已到定点位置的信息并停止引导，否则在引导画面上给出距离目标物的详细距离：|X-X0|、|Z-Z0|，和偏移的方向。

优选地，所述摄像机内、外部参数标定是相对于车尾为中心、倒车方向为Z轴的坐标系，要标定的参数有摄像机焦距f，摄像机高度Y0，摄像机中心移位X0，以及摄像机三个角度矩阵T。坐标关系如图6所示。则参照坐标系（X，Y，Z）和摄像机坐标系（Xc，Yc，Zc）的关系为：

其中T为摄像机三个角度的映射矩阵。

优选地，所述识别目标物的为一圆形或多边形模板，在所述模板上用与模板的底色不同的颜色画出边缘线和过中心点的线。

优选地，所述模板的底色为白色，在模板上用黑色画出边缘线和过中心点线，线的宽度不小于0.5CM且不大于2CM。

优选地，对于圆形模板，画出2条以上过圆形的直径，线与线的夹角接近90度；对于偶数边的多边形模板，画出2条以上的对角线，线与线的夹角接近90度；对于奇数边的多边形，画出2条以上过中心点并垂直与底边的射线，线与线的夹角接近90度。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明的组成结构示意图；

图2是本发明的组成框图；

图3是本发明的引导准备和引导过程的流程图；

图4是识别目标物的示意图；

图5是成像原理图；

图6是极坐标下直线表示示意图；

图7是精确定位图像说明示意图；

图8是摄像机参数标定中的坐标关系图。

具体实施方式

请参阅图1，本发明的设备包括摄像头组件、传感器组件、控制器组件（包括执行单元和控制单元）、显示终端；摄像头组件为普通摄像头，完成视频信息采集；传感器组件完成车辆方向盘角度或者车辆驱动轮角度的实时采集；执行单元包括了存储器、中央处理器、输入输出控制、视频接口、A/D转换接口等组成；控制单元包括操作系统模块和固化在芯片里的功能模块。

在本发明中，识别目标物系利用一个一定尺寸的模板，模板底色为白色（建议白色）或者其他颜色，在模板上用另外一种颜色（建议黑色）。画出边缘线和对角线（对于圆形模板，画出2条以上过圆形的直径，线与线的夹角尽量大，以接近90度为最佳；对于矩形（正方形）和有偶数边的多边形模板，画出2条以上的对角线，线与线的夹角尽量大，以接近90度为最佳；对于三角形和有奇数边的多边形，画出2条以上过中心点并垂直与底边的射线，线与线的夹角尽量大，以接近90度为最佳。线的宽度不小于0.5CM并且不大于2CM为最佳。识别目标物的边长（直径）不小于10CM（建议采用20CM-30CM之间，以便于识别计算），并且过识别目标物中心点画出若干线段，连接各个端点。请参阅图4，模板为一个正方形，边长为30CM，模板底色为白色，边和交叉线处用宽度为1cm的黑线。

请参阅图2和图3，本发明包括信息采集模块、图像处理识别模块、合成输出视频模块；信息采集模块由摄像机定标模块、车辆方向信息实时采集和倒车视频信息实时采集模块组成；图像处理识别模块由图像预处理（包括自适应处理范围确定）模块和识别（包括模块组成。图像预处理模块完成目标物的识别，图像识别模块则识别目标物中心，通过目标物和辅助线计算车体和目标物的距离；合成输出视频模块由视频信息输出模块和信息提示模块组成；提示信息模块根据图像处理识别模块输出的信息即距离和偏向，在视频区域用醒目的色彩描画提示给驾驶员的信息。车辆方向信息实时采集利用方向盘角度传感器或者转向轮的转向角度传感器采集的信息，经过A/D转换，并按照一定的算法进行计算，计算结果给驾驶人员提示信息，提示应该向左或者向右打方向盘多少度。视频采集模块利用市场上有的摄像系统，将3D空间的点投影变换到图像平面空间，将得到的图像数据存储到平台处理的内存里。

请参阅图5，其中摄像机坐标系（Xc,Yc,Zc）为图像平面中心为原点的三位空间坐标系，成像中的空间系，（x，y）则是图像平面坐标，f为焦距。则针孔成像原理如下：

在非近距离摄像的条件下，满足，故常省略为：

图像预处理模块抽出识别目标物，图像识别模块抽出目标物中心和精确定位；目标物抽出子模块利用二值化图像数据得到。而直线抽出子模块利用边缘检测，比如sobel算子等，抽取边缘，再经二值化处理得到边缘点序列（x_i，y_i），i=1,2，，，N。利用霍夫变换检测直线。请参阅图6，直线方程在极坐标中用如下参数表示：

其中

分别代表直线到原点的垂直距离和轴到直线垂线的角度，如图4所示。当找到边缘点（x_i，y_i），i=1,2，，，N后，便有N个方程

。

每个方程映射到平面为一条余弦曲线，N条曲线相交于

，，则是直线的参数。利用极坐标的优点是可以避免当直线为垂直于或者平行于坐标轴时的斜率不确定性。

请参阅图7，由于本装置要实行的目的是将车停到车尾后给定距离Z0（容许误差E0）处，所以根据已知的条件：焦距f，摄像机移位和高度（X0，Y0），摄像机角度矩阵T，以及成像原理，可以得到目标停车点成像后在图像中的固定坐标(ix, iy)。根据本装置对识别目标物进行的直线检测，计算其交叉点（ox, oy）。根据式1b和式3，计算的其对应参照坐标系中的坐标（X，0，Z）。当

成立时本装置，给出已到定点位置的信息，并停止引导。否则在引导画面上给出距离目标物的详细距离：|X-X0|、|Z-Z0|，和偏移的方向。

请参阅图8，本发明中的摄像机内、外部参数标定是相对于车尾为中心、倒车方向为Z轴的坐标系。要标定的参数有摄像机焦距f，摄像机高度Y0，摄像机中心移位X0，以及摄像机三个角度矩阵T。坐标关系如图6所示。则参照坐标系（X，Y，Z）和摄像机坐标系（Xc，Yc，Zc）的关系为：

其中T为摄像机三个角度的映射矩阵。在本发明的导引画面中，将提示给驾驶员的信息，用醒目的色彩描绘，叠加到视频画面上。

本发明的目标为圆形、或其他给定/已知的形状，以及目标物直线图案设计;导引画面将视频信息和距离等信息分割为两部分;本发明不仅仅可以用在倒车引导上，也可以用在引导移动物体对目标物的跟踪上。

Claims (10)

1.一种汽车定点定位引导系统，包括信息采集装置、图像处理识别装置和合成输出视频装置，其特征在于，所述信息采集装置包括摄像机定标模块、倒车视频信息实时采集模块和车辆方向信息实时采集模块，所述图像处理识别装置包括图像预处理模块和图像识别模块，所述合成输出视频装置包括视频信息输出模块、视频信息提示模块和视频图形合成输出模块，摄像机定标模块与倒车视频信息实时采集模块连接，倒车视频信息实时采集模块与图像预处理模块连接，图像预处理模块分别与图像识别模块、视频信息输出模块连接，视频信息输出模块与视频图形合成输出模块连接，车辆方向信息实时采集模块与图像识别模块连接，图像识别模块连接与视频信息提示模块连接，视频信息提示模块与视频图形合成输出模块连接。

2.根据权利要求1所述的汽车定点定位引导系统，其特征在于，所述车辆方向信息实时采集模块利用方向盘角度传感器或者转向轮的转向角度传感器采集信息。

3.根据权利要求1所述的汽车定点定位引导系统，其特征在于，所述倒车视频信息实时采集模块利用摄像机，将3D空间的点投影变换到图像平面空间，将得到的图像数据存储到内存。

4.根据权利要求3所述的汽车定点定位引导系统，其特征在于，摄像机坐标系（Xc,Yc,Zc）为图像平面中心为原点的三位空间坐标系，成像中的空间系（x，y）则是图像平面坐标，f为焦距，针孔成像式为：                                                

。

5. 根据权利要求4所述的汽车定点定位引导系统，其特征在于，所述图像预处理模块抽出识别目标物，所述图像识别模块抽出所述识目标物的中心和进行精确定位。

6.根据权利要求5所述的汽车定点定位引导系统，其特征在于，所述图像预处理模块抽出识别目标物利用二值化图像数据得到，所述图像识别模块利用边缘检测，抽取边缘，再经二值化处理得到边缘点序列（x_i，y_i），i=1,2，，，N，利用霍夫变换检测直线，直线方程在极坐标中表示如下：

 ， 其中分别代表直线到原点的垂直距离和轴到直线垂线的角度，找到边缘点（x_i，y_i），i=1,2，，，N后，有N个方程，每个方程映射到平面为一条余弦曲线，N条曲线相交于为直线的参数；根据已知的焦距f、摄像机移位和高度（X0，Y0）、摄像机角度矩阵T以及成像原理，得到目标停车点成像后在图像中的固定坐标(ix, iy)，根据对识别目标物进行的直线检测，得到交叉点（ox, oy）并得到其对应参照坐标系中的坐标（X，0，Z），当 成立时，给出已到定点位置的信息并停止引导，否则在引导画面上给出距离目标物的详细距离：|X-X0|、|Z-Z0|，和偏移的方向。

7.根据权利要求3所述的汽车定点定位引导系统，其特征在于，所述摄像机内、外部参数标定是相对于车尾为中心、倒车方向为Z轴的坐标系，要标定的参数有摄像机焦距f，摄像机高度Y0，摄像机中心移位X0，以及摄像机三个角度矩阵T，坐标关系如图6所示，则参照坐标系（X，Y，Z）和摄像机坐标系（Xc，Yc，Zc）的关系为：

 

其中T为摄像机三个角度的映射矩阵。

8. 根据权利要求5所述的汽车定点定位引导系统，其特征在于，所述识别目标物的为一圆形或多边形模板，在所述模板上用与模板的底色不同的颜色画出边缘线和过中心点的线。

9. 根据权利要求8所述的汽车定点定位引导系统，其特征在于，所述模板的底色为白色，在模板上用黑色画出边缘线和过中心点线，线的宽度不小于0.5CM且不大于2CM。

10. 根据权利要求9所述的汽车定点定位引导系统，其特征在于，对于圆形模板，画出2条以上过圆形的直径，线与线的夹角接近90度；对于偶数边的多边形模板，画出2条以上的对角线，线与线的夹角接近90度；对于奇数边的多边形，画出2条以上过中心点并垂直与底边的射线，线与线的夹角接近90度。

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