CN104374391A - 一种车辆行驶轨迹计算系统与计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种新的对车辆行驶轨迹进行计算的系统和方法，包含路面图像采集模块，行驶参数采集模块，景深计算模块，轨迹计算模块，轨迹投影模块，图像显示模块；路面图像采集模块用于采集车辆行驶方向的路面图像；行驶参数采集模块用于从行驶速度传感器和角速度传感器获取行驶速度和角速度；景深计算模块根据路面图像采集模块采集的图像计算图像中的三维坐标；轨迹计算模块根据行驶速度和角速度计算行驶轨迹；轨迹投影模块将轨迹投影到路面图像上；图像显示模块为用户显示轨迹合成图像。安装简便，易使用。

Description

一种车辆行驶轨迹计算系统与计算方法

技术领域

本发明涉及一种车辆行驶轨迹计算系统与计算方法。

背景技术

车辆行驶轨迹对驾驶员而言是十分有价值的信息。例如泊车系统，驾驶员不光能够在倒车画面中看到车辆后方的图像，通过合成的预计行驶轨迹，驾驶员可以很轻松完成泊车，如图1和图2所示。掌握了车辆行驶轨迹,驾驶员就能够更好地控制车辆方向，避免碰撞事故。同时，车辆行驶轨迹也是无人驾驶技术的一项重要研究内容。

目前对于车辆行驶轨迹进行预测的技术是在车辆转向系统(转向柱、万向节、转向机)上安装传感设备，根据获取到的旋转方向角预测行驶轨迹。这种技术最大的问题就是安装麻烦，只能在车厂或者4S店由专业人员进行安装。

发明内容

本发明提供一种新的对车辆行驶轨迹进行计算的系统和方法，安装简便，易使用。

本发明通过以下技术手段实现：

一种车辆行驶轨迹计算系统，包含路面图像采集模块，行驶参数采集模块，景深计算模块，轨迹计算模块，轨迹投影模块，图像显示模块；

所述的路面图像采集模块用于采集车辆行驶方向的路面图像；

所述的行驶参数采集模块用于从行驶速度传感器和角速度传感器获取行驶速度和角速度；

所述的景深计算模块根据路面图像采集模块采集的图像计算图像中的三维坐标；

所述的轨迹计算模块根据行驶速度和角速度计算行驶轨迹；

所述的轨迹投影模块将轨迹投影到路面图像上；

所述的图像显示模块为用户显示轨迹合成图像。

其中，所述的路面图像采集模块为摄像头，固定于车辆中央。

其中，所述的轨迹计算模块根据汽车的轴距，前悬，轮距，车宽，安全行驶车道宽，计算汽车的转弯角度、外侧前轮的轨迹、车身的轨迹、安全行驶车道线。

其中，所述的轨迹投影模块从景深计算模块得到包含景深和宽度在内的三维数据，把内外车道线的数据通过描点的方式投影到路面图像上，合成包含行驶轨迹的路面图像。

其中，所述的转弯角度、外侧前轮的轨迹、车身的轨迹、安全行驶车道线被输入车辆的智能控制系统以对车辆进行车辆智能行驶控制。

一种基于车辆行驶轨迹计算系统的计算方法，包含以下步骤：

S1、所述的路面图像采集模块采集路面信息、行驶参数采集模块采集车辆的行驶速度和角速度；

S2、所述的景深计算模块计算景深计算模块根据路面图像采集模块采集的图像计算图像中的三维坐标；所述的轨迹计算模块，根据行驶参数采集模块采集的行驶速度、角速度以及车辆的轴距、前悬、轮距、车宽、安全行驶车道宽计算汽车的转弯角度、外侧前轮的轨迹、车身的轨迹、安全行驶车道线；

S3、所述的轨迹投影模块将所述计算获得的外侧前轮的轨迹、车身的轨迹、安全行驶车道线、转弯角度以便于区分的不同颜色投影在路面图像上并通过图像显示模块显示出来。

以上实现的车辆轨迹计算系统和计算方法，利用行驶速度传感器和角速度传感器，通过科学计算得到行驶轨迹，然后将轨迹投影到路面图像当中，通过显示设备为驾驶员提供车辆行驶轨迹。行驶速度传感器和角速度传感器只需固定在车辆上，无需与车辆直接相连，从而省去了复杂的安装问题，简单到只需一个智能手机就能实现。

附图说明

图1为车辆泊车示意图；

图2为车辆泊车预计轨迹示意图；

图3为本发明车辆行驶轨迹计算过程示意图；

图4为本发明行车轨迹投影示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明具体的实现过程进行详细描述。

实施例1

一种车辆行驶轨迹计算系统，如图3所示，包含路面图像采集模块，行驶参数采集模块，景深计算模块，轨迹计算模块，轨迹投影模块，图像显示模块。

具体来说，所述的路面图像采集模块在本实施例中为摄像头，用于采集车辆行驶方向的路面图像，优选固定于车辆中央，当然也可以是车辆上视野不受阻挡的其他合适位置；所述的行驶参数采集模块用于从行驶速度传感器和角速度传感器获取行驶速度和角速度，所述的行驶参数采集模块可与路面图像采集模块集成在一起，以使结构紧凑并安装方便。

所述的景深计算模块根据路面图像采集模块采集的图像计算图像中的三维坐标，具体计算的方法有很多，比如标定法、类比法；所述的轨迹计算模块根据行驶速度和角速度计算行驶轨迹；所述的轨迹投影模块将轨迹投影到路面图像上；所述的图像显示模块为用户显示轨迹合成图像。

进一步的，所述的轨迹计算模块根据汽车的轴距，前悬，轮距，车宽，安全行驶车道宽，计算汽车的转弯角度、外侧前轮的轨迹、车身的轨迹、安全行驶车道线。假设汽车的轴距为l，前悬d，轮距a，车宽b，安全行驶车道宽w，车身与两侧安全行驶车道线等距，并且摄像头位于车前轴的正中央，如图4所示，通过科学计算可以得到如下关系：

外侧车轮旋转半径r₁＝l/sinθ，

摄像头旋转半径 $r_c=\sqrt{{(r_1-\frac{a}{2}\cos \mathrm{\θ})}^2+{\left(\frac{a}{2}\sin \mathrm{\θ}\right)}^2},$

车内测的最小旋转半径

外侧车身旋转半径 $R=\sqrt{{(l+d)}^2+{(b+r)}^2},$

外车道半径 $R_0=\frac{R+r+w}{2},$

内车道半径 $r_2=\frac{R+r-w}{2}.$

然后，所述的轨迹投影模块从景深计算模块得到包含景深和宽度在内的三维数据，把内外车道线的数据通过描点的方式投影到路面图像上，合成包含行驶轨迹的路面图像。为了使使用者辨认清晰，可以用绿色弧线表示外侧前轮的轨迹，红色弧线表示车身的轨迹，蓝色弧线表示安全行驶车道线。

当所述的行车轨迹计算系统用于无人驾驶车辆时，将所述的转弯角度、外侧前轮的轨迹、车身的轨迹、安全行驶车道线输入到车辆的智能控制系统，即可对车辆进行智能行驶控制。

所述车辆行驶轨迹计算系统具体的实现过程如图1所示，首先所述的路面图像采集模块采集路面信息、行驶参数采集模块采集车辆的行驶速度和角速度；然后，所述的景深计算模块计算景深计算模块根据路面图像采集模块采集的图像计算图像中的三维坐标；所述的轨迹计算模块，根据行驶参数采集模块采集的行驶速度、角速度以及车辆的轴距、前悬、轮距、车宽、安全行驶车道宽计算汽车的转弯角度、外侧前轮的轨迹、车身的轨迹、安全行驶车道线；最后，所述的轨迹投影模块将所述计算获得的外侧前轮的轨迹、车身的轨迹、安全行驶车道线、转弯角度以便于区分的不同颜色投影在路面图像上并通过图像显示模块显示出来。

实施例2

本方案还可以利用手机实现，具体来说，即将手机的摄像头作为采集路面图像的图像采集模块，并通过手机自带的设备或传感器作为行驶参数采集模块，其余模块跟前述实施例一样，在此不重复描述。

通过手机采集行驶速度可以有两种方法：第一种、通过智能手机自带的GPS获取位置，用时间间隔的位置变化计算出速度。比如，时间间隔为10毫秒，位置变化为0.15米，那么速度为0.15米/10毫秒＝15m/s；第二种、直接调用手机操作系统，例如Android或ios手机系统的速度检测结果。实际上，操作系统就是使用方法一获取行驶速度的。

通过手机采集角速度也有两种方法：第一种、通过智能手机上的电子罗盘或电子指南针获取方向，用时间间隔的方向变化计算出角速度。比如，时间间隔为10ms，方向变化为0.8°，那么角速度为0.8°/10ms＝80°/s≈1.4rad/s。第二种、三轴陀螺仪(成本高，某些机型上配备)可以获得X、Y、Z三个方向的角速度，Y轴返回的值就是我们需要的角速度。此外还有九轴陀螺仪，可以检测更多方向的角速度，精度更高。

在使用时，即由手机采集路面图像及行驶参数，并由手机内的景深计算模块、轨迹计算模块计算出行驶轨迹线后由轨迹投影模块将行驶轨迹线投影到行驶路面图像并由手机屏幕显示给使用人；或者通过蓝牙、数据线传输、WIFI等方式将手机内采集的路面图像和行驶参数传入汽车上的景深计算模块、轨迹计算模块、轨迹投影模块、图像显示模块完成后续的轨迹线计算及显示工作；或者反过来，由固定在车上的摄像头进行路面图像采集，然后将摄像头采集的路面图像通过WIFI、蓝牙等传输方式传输到手机，由手机采集行驶参数并完成后续的景深计算、轨迹计算、以及投影、显示等任务；或者由手机完成轨迹线的计算投影后由汽车完成最后的显示。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种车辆行驶轨迹计算系统，包含路面图像采集模块，行驶参数采集模块，景深计算模块，轨迹计算模块，轨迹投影模块，图像显示模块；

所述的路面图像采集模块用于采集车辆行驶方向的路面图像；

所述的行驶参数采集模块用于从行驶速度传感器和角速度传感器获取行驶速度和角速度；

所述的景深计算模块根据路面图像采集模块采集的图像计算图像中的三维坐标；

所述的轨迹计算模块根据行驶速度和角速度计算行驶轨迹；

所述的轨迹投影模块将轨迹投影到路面图像上；

所述的图像显示模块为用户显示轨迹合成图像。

2.根据权利要求1所述的车辆行驶轨迹计算系统，其特征在于：所述的路面图像采集模块为摄像头，固定于车辆中央。

3.根据权利要求1所述的车辆行驶轨迹计算系统，其特征在于：所述的轨迹计算模块根据汽车的轴距，前悬，轮距，车宽，安全行驶车道宽，计算汽车的转弯角度、外侧前轮的轨迹、车身的轨迹、安全行驶车道线。

4.根据权利要求1所述的车辆行驶轨迹计算系统，其特征在于：所述的轨迹投影模块从景深计算模块得到包含景深和宽度在内的三维数据，把内外车道线的数据通过描点的方式投影到路面图像上，合成包含行驶轨迹的路面图像。

5.根据权利要求3所述的车辆行驶轨迹计算系统，其特征在于：所述的转弯角度、外侧前轮的轨迹、车身的轨迹、安全行驶车道线被输入车辆的智能控制系统以对车辆进行车辆智能行驶控制。

6.一种基于权利要求1所述的车辆行驶轨迹计算系统的计算方法，包含以下步骤：

S1、所述的路面图像采集模块采集路面信息、行驶参数采集模块采集车辆的行驶速度和角速度；

S2、所述的景深计算模块计算景深计算模块根据路面图像采集模块采集的图像计算图像中的三维坐标；所述的轨迹计算模块，根据行驶参数采集模块采集的行驶速度、角速度以及车辆的轴距、前悬、轮距、车宽、安全行驶车道宽计算汽车的转弯角度、外侧前轮的轨迹、车身的轨迹、安全行驶车道线；

S3、所述的轨迹投影模块将所述计算获得的外侧前轮的轨迹、车身的轨迹、安全行驶车道线、转弯角度以便于区分的不同颜色投影在路面图像上并通过图像显示模块显示出来。