CN104802710A - 一种智能汽车倒车辅助系统及辅助方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能汽车倒车辅助系统及辅助方法，其功能为显示汽车后方障碍物并测量其到车身的距离，直观的标示汽车倒车所需宽度。系统包括结构光投射器、两个摄像头、倾角传感器、中央视频处理模块以及液晶显示屏。结构光投射器用于投射结构光到汽车后方区域；两个摄像头用于采集汽车后方的两幅图像；倾角传感器用于获取汽车实时的姿态信息；嵌入式中央视频处理模块用于对两个摄像头采集的图像处理，并结合倾角传感器获取的汽车姿态信息计算出汽车后方物体的距离。液晶显示屏用于显示倒车视频和倒车路径。本发明很大程度上提高了倒车的便捷性，利于避免不必要的相撞，具有使用灵活、反应迅速、测量精确、适用面广、功能易扩充的优点。

Description

一种智能汽车倒车辅助系统及辅助方法
技术领域
本发明采用双目视觉技术、结构光技术、计算机视觉技术，涉及一种智能汽车倒车辅助系统及辅助方法。
背景技术
随着汽车的普及程度提高，开车的人增多，而停车车位有限，对倒车的要求越来越高。传统的倒车需要熟练的技术，而倒车技术是驾驶技术中最难掌握的。由于汽车后视镜盲区的存在，或者看不清汽车后方的障碍物，以及对障碍物与汽车之间的距离判断不准，撞车事故频繁发生，而由倒车碰撞引发的事故也是保险索赔中较多的一种。
传统的汽车倒车辅助装置不能获知汽车后方的障碍物是什么样的，也无法精确获知汽车后方物体与车身的距离，不能达到良好的倒车辅助效果。倒车时车距的测量有多种技术可以实现，包括雷达测距、激光测距、超声波测距和双目视觉测距。雷达测距分辨力好，但容易产生电磁干扰；激光测距对人类有安全隐患，且易受环境干扰；超声波测距范围较近且易受环境干扰。双目视觉技术测距很好地平衡了其他测量技术的测量准确度及环境抗干扰能力。本发明结构光投射器和双目视觉技术，能达到高测量精度和高抗环境干扰能力。
传统的双目视觉汽车倒车辅助装置不能实时地提供辅助提示，为获取精确的匹配图像需要较长的处理时间。本发明利用结构光投射器，再用两个摄像头采集结构光投射下的图像，结构光增加了汽车后方区域的特征，减小图像匹配的难度，使滞后时间缩短，反应迅速。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种智能汽车倒车辅助系统及辅助方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种智能汽车倒车辅助系统，所述系统包括结构光投射器、两个摄像头、倾角传感器、嵌入式中央视频处理模块、液晶显示屏。结构光投射器、两个摄像头、倾角传感器、液晶显示屏分别与嵌入式中央视频处理模块相连；结构光投射器安装于汽车尾部中间处，向汽车后方投射结构光；两个摄像头，对称地安装于汽车尾部的两侧，两个摄像头采集汽车后方区域在结构光投射下的两幅图像。倾角传感器安装于汽车的底盘，实时测量汽车底盘与水平面的夹角θ。嵌入式中央视频处理模块获取双目图像；计算汽车后方物体中各个点在世界坐标系下的三维坐标，根据三维坐标进行三维重建，得到汽车后方区域的三维场景信息，计算倒车停车路径，并将三维场景与倒车停车路径传输到液晶显示屏进行显示，辅助倒车。
一种智能汽车倒车辅助方法，该方法在上述系统上实现，该的方法具体为；
(1)结构光投射器向汽车后方投射结构光；
(2)两个摄像头采集汽车后方物体在结构光投射下的两幅图像；
(3)倾角传感器实时测量汽车底盘与水平面的夹角θ；
(4)嵌入式中央视频处理模块获取两幅图像和汽车底盘与水平面的夹角θ；
(5)嵌入式中央视频处理模块通过图像匹配算法，获取结构光投射下的两幅图像中的对应点；图像匹配具体为：
(5.1)对图像进行预处理，通过中值滤波消除噪声；
(5.2)图像亮度归一化，消除两幅图像亮度不一致的影响；
(5.3)选定搜索窗口大小，以左图一点为基准，该点在左图中的坐标为(xl,y0)，计算右图中与左图中(xl,y0)位于同一水平位置上的点与(xl,y0)的相似度，相似度最大时即为匹配上的对应点，并得到对应点在右图中的坐标(xr,y0)。相似度其中fL(xl,y0)为左图在(xl,y0)处的灰度值，fR(x,y0)为右图在(x,y0)处的灰度值，x右图中与左图中(xl,y0)位于同一水平位置上的点的横坐标。
(6)嵌入式中央视频处理模块计算各点到汽车尾部的距离计算汽车后方物体中各个点在世界坐标系下的三维坐标，根据三维坐标进行三维重建，得到汽车后方区域的三维场景信息。公式中f为摄像头的焦距，T为摄像头两光轴距离，θ为汽车底盘与水平面的夹角；
(7)嵌入式中央视频处理模块根据三维场景信息，计算倒车停车路径，并将三维场景与倒车停车路径传输到液晶显示屏进行显示，辅助倒车。
本发明的有益效果在于：
(1)使用灵活：本发明采用双目视图的左右相位图进行匹配，只需要一次常规的双相机立体标定，相比单个摄像机和投影仪组合的系统，回避了复杂的投影仪标定过程，有效提高了系统的灵活性和易用性。
(2)反应迅速：本发明采用结构光投射器对汽车后方物体进行投射，增加了汽车后方区域的特征，相比普通的两个摄像头的测距系统，降低了对图像匹配算法的要求，能迅速的通过图像匹配获得精确的结果，从而减少了滞后时间。
(3)测量精确：本发明采用结构光投射器对汽车后方物体进行投射，有助于提高匹配精确度；采用双目摄像头采集汽车后方物体在结构光投射下的双目图像，进一步提高了图像的精确度。
(4)适用面广：本发明适用于各种车型，只需在车尾安装结构光投射器与双目摄像头，车底安装倾角传感器，并在车中装入嵌入式中央视频处理模块和液晶显示屏，使各部分连接良好即可。所需调整的参数仅为汽车底盘到地面的高度，车身的宽、高等尺寸，中央视频处理模块调整计算参数便可用于测量不同汽车后方物体到车身的距离。
本发明适用于各种环境，在光照较暗的环境中，由于采用主动投射光，双目摄像头采集的图像具有一定模式的调制图样，适用于图像处理获取深度信息。
(5)功能易扩充：本发明可获取汽车后方区域的颜色信息和深度信息，丰富的信息可以为汽车倒车提供更多可扩充的辅助。本发明中可加入更多模块，如语音提示模块，在离障碍物过近时触发语音警示指令，或者可以在距离过近时执行刹车控制，启动车辆ABS刹车系统实施车辆紧急制动。本发明也可调整结构光投射器和双目摄像头的位置，实现其他车载功能。本发明还可以将中央视频处理模块和显示屏移植到手机等移动端，实现功能扩充。
附图说明
图1为智能汽车倒车辅助系统的主要模块图；
图2为智能汽车倒车辅助系统的工作流程图；
图3为智能汽车倒车辅助系统的安装示意图；
图4为智能汽车倒车辅助系统测量汽车后方一点到汽车尾部距离的示意图；
图5为智能汽车倒车辅助系统的图像匹配算法流程图。
图中，倾角传感器1、左摄像头2、结构光投射器3、右摄像头4。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种智能汽车倒车辅助系统，包括结构光投射器、两个摄像头、倾角传感器、嵌入式中央视频处理模块、液晶显示屏。结构光投射器、两个摄像头、倾角传感器、液晶显示屏分别与嵌入式中央视频处理模块相连。
如图3所示，结构光投射器安装于汽车尾部中间处，向汽车后方投射结构光，有助于提高匹配精确度；两个摄像头对称地安装于汽车尾部的两侧，采集汽车后方物体在结构光投射下的两幅图像。本发明采用两幅在结构光投射下的图像进行图像匹配，因此只需要一次常规的双相机立体标定，相比单目摄像机和投影仪组合的系统，回避了复杂的投影仪标定过程，有效提高了系统的灵活性和易用性。本发明采用结构光投射器对汽车后方物体进行投射，增加了汽车后方区域在图像中的特征，相比普通的两个摄像头的测距系统，降低了对图像匹配算法的要求，能迅速的通过图像匹配获得精确的结果，从而减少了滞后时间。
倾角传感器安装于汽车的底盘，用于实时测量汽车底盘与水平面的夹角θ。使得嵌入式中央视频处理模块在在获知汽车姿态角度信息的情况下，将在不同的汽车姿态角下准确测量汽车后方物体与车身的距离。嵌入式中央视频处理模块获取两个摄像头采集的两幅图像、倾角传感器获得的汽车底盘与水平面的夹角θ。
嵌入式中央视频处理模块根据双目图像和夹角θ；计算汽车后方物体中各个点在世界坐标系下的三维坐标，根据三维坐标进行三维重建，得到汽车后方区域的三维场景信息，计算倒车停车路径，并将三维场景与倒车停车路径传输到液晶显示屏进行显示，辅助倒车。
采用上述系统，倒车辅助方法为：
(1)结构光投射器向汽车后方投射结构光；
(2)两个摄像头采集汽车后方物体在结构光投射下的两幅图像；
(3)倾角传感器实时测量汽车底盘与水平面的夹角θ；
(4)嵌入式中央视频处理模块获取两幅图像和汽车底盘与水平面的夹角θ；
(5)嵌入式中央视频处理模块通过图像匹配算法，获取结构光投射下的两幅图像中的对应点；图像匹配具体为：
(5.1)对图像进行预处理，通过中值滤波消除噪声；
(5.2)图像亮度归一化，消除两幅图像亮度不一致的影响；
(5.3)选定搜索窗口大小，以左图一点为基准，该点在左图中的坐标为(xl,y0)，计算右图中与左图中(xl,y0)位于同一水平位置上的点与(xl,y0)的相似度，相似度最大时即为匹配上的对应点，并得到对应点在右图中的坐标(xr,y0)。相似度其中fL(xl,y0)为左图在(xl,y0)处的灰度值，fR(x,y0)为右图在(x,y0)处的灰度值，x右图中与左图中(xl,y0)位于同一水平位置上的点的横坐标。
(6)嵌入式中央视频处理模块计算各点到汽车尾部的距离计算汽车后方物体中各个点在世界坐标系下的三维坐标，根据三维坐标进行三维重建，得到汽车后方区域的三维场景信息。公式中f为摄像头的焦距，T为摄像头两光轴距离，θ为汽车底盘与水平面的夹角；
(7)嵌入式中央视频处理模块根据三维场景信息，计算倒车停车路径，并将三维场景与倒车停车路径传输到液晶显示屏进行显示，辅助倒车。根据三维场景信息来计算倒车停车路径为本领域公知常识，具体可参考JaeKyuSuhr、HoGiJung的《Automatic free parking space detection by using motion stereo‐based3D reconstruction》、梁钊的《自动泊车的路径规划技术研究》、梁桂风的《基于计算机视觉的泊车辅助技术的研究与实现》、汤一平、金海民的《基于全方位视觉传感器的泊车诱导系统》、汤一平、严海东的《基于全方位计算机视觉的智能停车辅助装置》、苏明的《倒车辅助线的生成方法及装置》、单文昌的《智能三维倒车引导系统》、包青成、李云彬的《一种倒车轨迹线生成方法、装置及倒车引导器》。

Claims (2)

1.一种智能汽车倒车辅助系统，其特征在于，所述系统包括结构光投射器、两个摄像头、倾角传感器、嵌入式中央视频处理模块、液晶显示屏；结构光投射器、两个摄像头、倾角传感器、液晶显示屏分别与嵌入式中央视频处理模块相连；结构光投射器安装于汽车尾部中间处，向汽车后方投射结构光；两个摄像头对称地安装于汽车尾部的两侧，采集汽车后方区域在结构光投射下的两幅图像。倾角传感器安装于汽车的底盘，实时测量汽车底盘与水平面的夹角θ。嵌入式中央视频处理模块获取双目图像；计算汽车后方物体中各个点在世界坐标系下的三维坐标，根据三维坐标进行三维重建，得到汽车后方区域的三维场景信息，计算倒车停车路径，并将三维场景与倒车停车路径传输到液晶显示屏进行显示，辅助倒车。
2.一种智能汽车倒车辅助方法，其特征在于，该方法在权利要求1所述的系统上实现，该的方法具体为；
(1)结构光投射器向汽车后方投射结构光；
(2)两个摄像头采集汽车后方物体在结构光投射下的两幅图像；
(3)倾角传感器实时测量汽车底盘与水平面的夹角θ；
(4)嵌入式中央视频处理模块获取两幅图像和汽车底盘与水平面的夹角θ；
(5)嵌入式中央视频处理模块通过图像匹配算法，获取结构光投射下的两幅图像中的对应点；图像匹配具体为：
(5.1)对图像进行预处理，通过中值滤波消除噪声；
(5.2)图像亮度归一化，消除两幅图像亮度不一致的影响；
(5.3)选定搜索窗口大小，以左图一点为基准，该点在左图中的坐标为(xl,y0)，计算右图中与左图中(xl,y0)位于同一水平位置上的点与(xl,y0)的相似度，相似度最大时即为匹配上的对应点，并得到对应点在右图中的坐标(xr,y0)。相似度其中fL(xl,y0)为左图在(xl,y0)处的灰度值，fR(x,y0)为右图在(x,y0)处的灰度值，x右图中与左图中(xl,y0)位于同一水平位置上的点的横坐标。
(6)嵌入式中央视频处理模块计算各点到汽车尾部的距离计算汽车后方物体中各个点在世界坐标系下的三维坐标，根据三维坐标进行三维重建，得到汽车后方区域的三维场景信息。公式中f为摄像头的焦距，T为摄像头两光轴距离，θ为汽车底盘与水平面的夹角；
(7)嵌入式中央视频处理模块根据三维场景信息，计算倒车停车路径，并将三维场景与倒车停车路径传输到液晶显示屏进行显示，辅助倒车。
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